Frank Redmann

Untersuchung von Siliziumkarbidkristallen mit Hilfe der Positronen-Annihilations-Spektroskopie

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 07.04.2003

Abstract
Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Charakterisierung leerstellenartiger Defekte im Siliziumkarbid, wie sie nach der Kristallzucht oder durch Bestrahlung bzw. Ionenimplantation zu finden sind. Leerstellenartige Defekte besitzen einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die elektrischen und optischen Eigenschaften von Halbleitern. Bauelementstrukturen auf SiC-Basis werden ausschließlich durch Ionenimplantationen durchgeführt. Die dabei auftretenden Kristalldefekte wurden mit der Positronen-Annihilations-Spektroskopie untersucht und mit anderen Untersuchungsmethoden, wie DLTS und EPR, verglichen.
Ausgangspunkt der Arbeit ist die Untersuchung von Substratkristallen. In ihnen konnten Kohlenstoff-Leerstellen und Doppelleerstellen mit der Positronen-Lebensdauer-Spektroskopie nachgewiesen werden. Nach der Bestrahlung mit Elektronen einer Energie von 2 MeV wurden zusätzlich Silizium-Leerstellen detektiert. Ausheilstudien und Positronen-Lebensdauer-Untersuchungen unter monochromatischer Beleuchtung korellierten die Silizium-Leerstellen mit dem E1/E2-Defekt, detektiert mit Hilfe der DLTS an Elektronen-Bestrahlten 6H SiC.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung von Schichtsystemen, wie sie bei epitaktischen Wafern auf SiC-Basis vorliegen. 4H- und 6H-SiC Epitaxieschichten wurden nach Elektronenbestrahlung und Ionenimplantation (He, B, Si, C) mit der Dopplerverbreiterungs-Spektroskopie und der Positronen-Lebensdauer-Spektroskopie untersucht. Des Weiteren wurde die Gültigkeit existierender Diffusionsmodelle für Bor in SiC untersucht.

In the center of this work the characterisation of vacancies-like defects in the silicon carbide is located, as they are to be found after the crystal growth or by irradiation or ion implantation. Vacancies do not possess an influence on the electrical and optical characteristics of semiconductors, which can be neglected. Element structures on SiC basis are accomplished exclusively by ion implantations. The crystal defects arising with it were examined with the positron annihilations spectroscopy and compared with other research methods, like DLTS and EPR. Starting point of the work is the investigation of substrate crystals. In them carbon vacancies and double vacancies with the positron lifetime spectroscopy could be proven. After the irradiation with 2 MeV electrons additionally silicon vacancies were detected. Annealing studies and positron lifetime measurements under monochromatic lighting show similar behaviour of the silicon vacancy with the E1/E2-Defekt, detected with DLTS at electron-irradiated 6H SiC.
A further emphasis is the investigation of layer systems, as they are present with epitaxial wafers on SiC basis. 4H and 6H-SiC epitaxial films were examined after electron irradiation and ion implantation (He, B, SI, C) with the Doppler broadening spectroscopy and the positron lifetime spectroscopy. The moreover one the validity of existing diffusion models for boron in SiC was examined.

Keywords:
SiC, Elektronenbestrahlung, Positronen-Annihilations-Spektroskopie, Ko-Implantation, Ausheilstudien, Doppler-Verbreiterungs-Spektroskopie, Positronen-Lebensdauer-Spektroskopie, koinzidente Doppler-Verbreiterungs-Spektroskopie

SiC, electron irradiation, Positron-Annihilation-Spectroscopy, Co-Implantation, Annealing, Doppler-Broadening-Spectroscopy, Positron-Lifetime-Spectroscopy, Coincidence-Doppler-Broadening-Spectroscopy

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis, Tabellenverzeichnis (1-2, i-vi)
Einleitung (1-3)
1. Untersuchungsmethoden (4-30)
2. Defektgenerierung durch Bestrahlung (31-36)
3. Siliziumkarbid (37-52)
4. Ergebnisse (53-98)
5. Zusammenfassung und Ausblick (99-101)
A. Informationen zu Siliziumkarbid (102-105)
Literaturverzeichnis (106-112)