Μελέτη Μικροδομικών Χαρακτηριστικών του Κυβικού Silicon Carbide, κατάλληλου για ημιαγωγικές εφαρμογές.
Creators: name: Τσαβδάρης, Νικόλαος Αναστασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Ανθρακοπυρίτιο
Κυβικό Ανθρακοπυρίτιο
Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης
Silicon Carbide
Cubic SiC
Transmission Electron Microscopy

description: Στην παρούσα εργασία Μεταπτυχιακού Διπλώματος γίνεται η θεωρητική και πειραματική μελέτη του κυβικού πολύτυπου του Silicon Carbide (SiC). Η μελέτη έγινε με την τεχνική χαρακτηρισμού της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διέλευσης (Transmission Electron Microscopy – TEM) με σκοπό να μελετηθούν οι μικροδομικές ατέλειες που συναντώνται στο συγκεκριμένο υλικό. Μελετήθηκαν δείγματα κυβικού SiC ομοεπιταξιακής ανάπτυξης και ανεπτυγμένου σε εξαγωνικό SiC. Τα δείγματα προέρχονται από το πλαίσιο του προγράμματος ManSiC. Το SiC αποτελεί ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό που τα τελευταία χρόνια κερδίζει πολύ έδαφος και στον τομέα της ηλεκτρονικής. Λόγω της αντοχής του σε υψηλές θερμοκρασίες και διάφορες ακτινοβολίες είναι κατάλληλο υλικό για ηλεκτρονικές εφαρμογές σε ακραία περιβάλλοντα λειτουργίας, όπου άλλοι ημιαγωγοί εμφανίζουν προβλήματα. Τα εξαγωνικά πολύτυπα του SiC φαίνεται να κερδίζουν έδαφος όμως το κυβικό πολύτυπο εμφανίζει κάποια καλύτερα χαρακτηριστικά όσον αφορά τις ηλεκτρικές ιδιότητες. Η δυσκολία υπάρχει στην ανάπτυξη κρυσταλλικού 3C-SiC με μικρή συγκέντρωση ατελειών έτσι ώστε να είναι κατάλληλο για τις διάφορες εφαρμογές. Μέχρι σήμερα αυτό δεν έχει επιτευχθεί αν και τα τελευταία χρόνια υπάρχουν πολλά ελπιδοφόρα μηνύματα. Η μελέτη λοιπόν του συγκεκριμένου πολύτυπου και η εύρεση του μηχανισμού δημιουργίας των διαφόρων ατελειών παρουσιάζει έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια σύντομη ιστορική αναφορά στο SiC και στην συνέχεια γίνεται ανάλυση της κρυσταλλογραφικής του δομής, των μηχανικών, χημικών και ηλεκτρικών του ιδιοτήτων και αναφέρονται κάποιες εφαρμογές του. Στην συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις κυριότερες τεχνικές ανάπτυξης του SiC και γίνεται ιδιαίτερη ανάλυση στους τρόπους ανάπτυξης του κυβικού πολύτυπου. Το πιο σημαντικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη του 3C-SiC είναι το Si και για αυτό το λόγο αναλύεται η ανάπτυξη σε διάφορες κρυσταλλογραφικές διευθύνσεις και για διάφορους τύπους υποστρωμάτων. Αναλύεται το είδος των σφαλμάτων δομής που προκύπτουν και οι μηχανισμοί που υπάρχουν για να επαλειφθούν. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται δύο είδη σφαλμάτων που εμφανίζονται στο συγκεκριμένο πολύτυπο και είναι τα σφάλματα επιστοίβασης και οι διδυμίες. Στην συνέχεια ακολουθεί το πειραματικό κομμάτι παρατήρησης στο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο τόσο του 3C-SiC ομοεπιταξιακής ανάπτυξης, όσο και του 3C-SiC αναπτυγμένου σε εξαγωνικό υπόστρωμα και προτείνονται κάποια σχηματικά μοντέλα για κάποια από τα είδη των ατελειών που παρατηρούνται. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο φαινόμενο του πολυτυπισμού που εμφανίζει το SiC και ακολουθεί η ανάλυση εικόνων Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Υψηλής Διακριτικής Ικανότητας (HRTEM) από διάφορα πολύτυπα. Τέλος, ακολουθούν τα γενικά συμπεράσματα και σχόλια.
description: The study reported in this Master thesis is related to the structural characterization of Cubic Silicon Carbide Crystals by Transmission Electron Microscopy – TEM. The aim was to study the structural defects of cubic polytype grown on hexagonal Silicon Carbide and homoepitaxial grown 3C-SiC. The samples were grown due to the ManSiC program. Silicon Carbide is a widely used material, but only in the last it is used as a semiconductor. Because of its durability at high temperatures and radiation, it is the suitable semiconductor for electronic applications on harsh environment. Hexagonal polytypes of SiC seems to have an advantage over the cubic one because there have been produced commercial wafers with low density of defects. But cubic Silicon Carbide has very good electrical properties, so as to be essential to develop big wafers of good crystallite. So, the aim is to develop a wafer of cubic silicon carbide, with low defects density and this is something that have not been achieved until today. On the first chapter of this thesis, there is an introduction to SiC. It is analyzed its crystallographic characteristics and its mechanical, chemical and electrical properties. On the second chapter, there are presented the most common growth techniques for silicon carbide. There is made a more specific analysis of the growth techniques on 3C-SiC and especially to those that the Si is used as a substrate. It is mentioned the differences between different crystallographic substrates and different types of morphology. On the third chapter, there are analyzed two different defects, stacking faults, twins and CSL theory. Two samples were studied at the Transmission Electron Microscopy, one homoepitaxially grown and one grown on hexagonal SiC substrate. There is analyzed the defects found on this samples and there is proposed some schematically models for this defects. On the last chapter, there is been made an introduction to the polytypism that is found on Silicon Carbide and its is followed by High Resolution TEM images.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)