This paper describes the heteroepitaxial growth of single-crystalline 3C-SiC (cubic silicon carbide) thin films on Si (100) wafers by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) at 1350 oC for micro/nanoelectromechanical system (M/NEMS) applications, in which hexamethyldisilane (HMDS, Si2(CH3)6) was used as a safe organosilane single-source precursor. The HMDS flow rate was 0.5 sccm and the H2 carrier gas flow rate was 2.5 slm. The HMDS flow rate was important in obtaing a mirror-like crystalline surface. The growth rate of the 3C-SiC film in this work was 4.3 μm/h. A 3C-SiC epitaxial film grown on the Si (100) substrate was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), reflection high energy electron diffraction (RHEED), atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman scattering, respectively. These results show that the main chemical components of the grown film were single-crystalline 3C-SiC layers. The 3C-SiC film had a very good crystal quality without twins, defects or dislocations, and a very low residual stress.
Adhesion of DLC film is very significant property that exhibits wear resistance, chemical inertness and high hardness when being deposited to metal substrate. This study was considered that change adhesion of DLC film produced by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition can be presented through inserting interlayer (Cr, Si-C:H). The thickness of interlayer was result of changing adhesion and residual stress. It was showed that the maximum 12 N of adhesion is on DLC film of Cr interlayer, and that a tendency is to be increased residual stress depend on the thickness. DLC film of Si-C:H interlayer represented 16 N of adhesion at $1{\mu}m$, whereas adhesion is decreased when the thickness is increased. For the interlayer at multi-layer, it was the best that adhesion of Cr/Si-C:H/DLC film was 33 N. Si-C:H interlayer at DLC film controled adhesion of the whole film. It was relaxed the internal stress of DLC film produced by inserting Cr, Si-C:H interlayer.
Silicon Carbide (SiC) is a material with a wide bandgap (3.26eV), a high critical electric field (~2.3MV/cm), a and a high bulk electron mobility ($\sim900cm^2/Vs$). These electronic properties allow high breakdown voltage, high-speed switching capability, and high temperature operation compared to Si devices. Although various SiC DMOSFET structures have been reported so far for optimizing performances, the effect of channel dimension on the switching performance of SiC DMOSFETs has not been extensively examined. This paper studies different channel dimensons ($L_{CH}$ : $0.5{\mu}m$, $1\;{\mu}m$, $1.5\;{\mu}m$) and their effect on the the device transient characteristics. The key design parameters for SiC DMOSFETs have been optimized and a physics-based two-dimensional (2-D) mixed device and circuit simulator by Silvaco Inc. has been used to understand the relationship. with the switching characteristics. To investigate transient characteristic of the device, mixed-mode simulation has been performed, where the solution of the basic transport equations for the 2-D device structures is directly embedded into the solution procedure for the circuit equations. We observe an increase in the turn-on and turn-off time with increasing the channel length. The switching time in 4H-SiC DMOSFETs have been found to be seriously affected by the various intrinsic parasitic components, such as gate-source capacitance and channel resistance. The intrinsic parasitic components relate to the delay time required for the carrier transit from source to drain. Therefore, improvement of switching speed in 4H-SiC DMOSFETs is essential to reduce the gate-source capacitance and channel resistance.
6H-SiC 전자 및 정공의 이온화계수로부터 유효이온화계수를 추출하여 6H-SiC PN 다이오드의 항복전압과 온-저항을 위한 해석적 표현식을 유도하였다. 해석적 모형으로부터 구한 항복전압을 $10^{15}{\sim}10^{18}\;cm^{-3}$의 도핑 농도 범위에서 실험 결과와 비교하여 10% 이내의 오차로 일치하였고, 농도 함수의 온-저항의 해석적 결과도 $5{\times}10^{15}{\sim}10^{16}\;cm^{-3}$의 범위에서 이미 발표된 수치적 결과와 매우 잘 일치하였다.
A promising candidate material for a $H_2$ permeable membrane is SiC due to its many unique properties. A hydrogen-selective SiC membrane was successfully fabricated on the outer surface of an intermediate multilayer $\gamma-Al_2O_3$ with a graded structure. The $\gamma-Al_2O_3$ multilayer was formed on top of a macroporous $\alpha-Al_2O_3$ support by consecutively dipping into a set of successive solutions containing boehmite sols of different particle sizes and then calcining. The boehmite sols were prepared from an aluminum isopropoxide precursor and heated to $80^{\circ}C$ with high speed stirring for 24 hrs to hydrolyze the precursor. Then the solutions were refluxed at $92^{\circ}C$ for 20 hrs to form a boehmite precipitate. The particle size of the boehmite sols was controlled according to various experimental parameters, such as acid types and acid concentrations. The topmost SiC layer was formed on top of the intermediate $\gamma-Al_2O_3$ by pyrolysis of a SiC precursor, polycarbosilane, in an Ar atmosphere. The resulting amorphous SiC-on-$Al_2O_3$ composite membrane pyrolyzed at $900^{\circ}C$ possessed a high $H_2$ permeability of $3.61\times10^{-7}$$mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$ and the $H_2/CO_2$ selectivity was much higher than the theoretical value of 4.69 in all permeation temperature ranges. Gas permeabilities through a SiC membrane are affected by Knudsen diffusion and a surface diffusion mechanism, which are based on the molecular weight of gas species and movement of adsorbed gas molecules on the surface of the pores.
본 연구에서는 4H-SiC(0001)기판 위에서 형성되는 나노구조화를 제어하기 위해 상지층과 하지층으로 구성된 이중층 금속을 증착하고 두께, 열처리 시간을 변화하였다. 또한 표면에너지와 응집현상의 상관관계를 분석하기 위해 SiC와는 다른 표면에너지를 갖는 Glass와 Si기판에도 같은 조건으로 실험하였다. FE-SEM을 통하여 금속이 나노구조화를 형성하는 두께가 Ag=20nm, Ti=2nm임을 확인 했으며 두께가 두꺼울 수록 나노 입자가 형성되지 않았다. 세기판의 표면에너지를 구하기 위해 접촉각 측정기를 통해 정접촉각법으로 측정하였다. 그 결과 표면에너지 값이 가장 높은 Glass(53.89 mN/m) 기판에서 나노 입자가 가장 고르게 분포된 형태를 보였으며 SiC(41.13 mN/m)에서 나노구조화 되는 양상을 보였고, Si(32.96 mN/m)에서는 NPs 형성이 되지 않았다. 표면에너지가 작을수록 나노 입자형성이 고르게 분포되는 현상을 Young equation으로 분석하였다.
Ohmic contact characteristics of Al ion implanted n-type SiC wafer were investigated. Al ions implanted with high dose to obtain the final concentration of $5{\times}10^{19}/cm^3$, then annealed at high temperature. Firstly, B ion ion implanted p-well region were formed which is needed for fabrication of SiC devices such as DIMOSFET and un diode. Secondly, Al implanted high dose region for ohmic contact were formed. After ion implantation, the samples were annealed at high temperature up to $1600^{\circ}C\;and\;1700^{\circ}C$ for 30 min in order to activate the implanted ions electrically. Both the inear TLM and circular TLM method were used for characterization. Ni/Ti metal layer was used for contact metal which is widely used in fabrication of ohmic contacts for n-type SiC. The metal layer was deposited by using RF sputtering and rapid thermal annealed at $950^{\circ}C$ for 90sec. Good ohmic contact characteristics could be obtained regardless of measuring methods. The measured specific contact resistivity for the samples annealed at $1600^{\circ}C\;and\;1700^{\circ}C$ were $1.8{\times}10^{-3}{\Omega}cm^2$, $5.6{\times}10^{-5}{\Omega}cm^2$, respectively. Using the same metal and same process of the ohmic contacts in n-type SiC, it is found possible to make a good ohmic contacts to p-type SiC. It is very helpful for fabricating a integrated SiC devices. In addition, we obtained that the ratio of the electrically activated ions to the implanted Al ions were 10% and 60% for the samples annealed at $1600^{\circ}C\;and\;1700^{\circ}C$, respectively.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제9권2호
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pp.73-78
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2008
We investigated for comparison of large-area i-a-Si:H and p-a-SiC:H film quality like thickness uniformity, optical bandgap and surface roughness using both ICP-CVD and PECVD on the large-area substrate(diameter of 100 mm). As a whole, films using ICP-CVD could be achieved much uniform thickness and bandgap of that using PECVD. For i-a-Si:H films, its uniformity of thickness and optical bandgap were 2.8 % and 0.38 %, respectively. Also, thickness and optical bandgap of p-a-SiC:H films using ICP-CVD could be obtained at 1.8 % and 0.3 %, respectively. In case of surface roughness, average surface roughness (below 5 nm) of ICP-CVD film could be much better than that (below 30 nm) of PECVD film. HIT solar cell with 2 wt%-AZO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/c-Si/Ag structure was fabricated and characterized with diameter of 152.3 mm in this large-area ICP-CVD system. Conversion efficiency of 9.123 % was achieved with a practical area of $100\;mm\;{\times}\;100\;mm$, which can show the potential to fabrication of the large-area solar cell using ICP-CVD method.
일본 Sanyo 사에 의해서 획기적으로 HIT 태양전지가 개발된 바 있다. 이러한 HIT 태양전지는 기존의 확산-접합 Si 태양전지에 비해서 저비용 고효율의 장점을 갖는다: 22% 이상의 변환효율, $200^{\circ}C$ 이하의 공정온도, 낮은 태양전지 온도 의존도, 높은 개방전압. 한편 Sanyo사의 HIT 태양전지는 n-형 Si 웨이퍼를 이용한 반면에, 최근 미국 National Renewable Energy Laboratory는 p-형 Si 웨이퍼를 이용해서 변환효율 19% 대의 HIT 태양전지를 개발한 바 있다. 그 동안 지속적으로 p-형 Si HIT 태양전지를 고효율화하기(< 22%) 위해서 많은 노력이 진행되어 왔지만 이와 같은 노력에도 불구하고 아직 p-형 HIT는 n-형 HIT 태양전지에 비해서 다소 성능면에서 떨어져 있다. 본 연구는 n- 및 p-형 실리콘 웨이퍼로 구성된 HIT 태양전지의 물리적인 차이점에 초점을 맞추고, 결정 및 비정질 실리콘 층의 역할에 대해서 연구하였다. 특히 태양전지 효율을 향상시키는 요소들로서 결정 실리콘의 불순물 준위(n- 및 p-형) 또는 비저항, 비정질 실리콘으로 구성된 emitter 층, intrinsic 층, 경계면이 고려되었다. 그리고 이러한 요소들이 HIT 태양전지에 미치는 영향을 조사하기 위해서 AMPS-1D 컴퓨터 프로그램을 사용하였고, 이를 통해서 HIT 태양전지의 결정 및 비정질 실리콘 층의 역할을 물리적 정량적으로 분석하였다. 본 연구에 적용되는 HIT는 ITO/a-Si:H(p+)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i)/a-Si:H(n+) 및 ITO/a-Si:H(n+)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/a-Si:H(p+)의 구조로서 다음과 같은 태양전지 특성을 갖는다: n-형 HIT의 경우, fill factor ~ 0.78, 단락전류밀도 ~ 38.1 $mA/cm^2$, 개방전압 0.74 V, 변환효율 22.3 % (그리고 p-형 HIT의 경우, fill factor ~ 0.76, 단락전류밀도 ~ 36.5 $mA/cm^2$, 개방전압 0.69 V, 변환효율 19.4 %).
SiC crystal ingots were grown on 6H-SiC dual-seed crystals with different surface roughness and different seed orientation by a PVT (Physical Vapor Transport) method. 4H and 15R-SiC were grown on seed crystal with high root-mean-square (rms) value. The polytype of grown crystal on the seed crystal with lower rms value was confirmed to be 6H-SiC. On the other hand, all SiC crystals grown on seed crystals with different seed orientation were proven to be 6H-SiC. The surface roughness of seed crystals had no effect on the crystal structure of the grown crystals. However, the crystal quality of 6H-SiC single crystals grown on the on-axis seed were revealed to be slightly better than that of 6H-SiC crystal grown on the off-axis seed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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