Semi-insulating 6H-SiC wafers for modern electronics

А. А. Лебедев; С. В. Белов; С. П. Лебедев; Д. П. Литвин; И. П. Никитина; А. В. Васильев; Ю. Н. Макаров; С. С. Нагалюк; А. Н. Смирнов; В. В. Попов; В. Н. Вьюгинов; Р. Г. Шифман; Ю. С. Кузьмичев; Н. К. Травин; О. В. Венедиктов

Semi-insulating 6H-SiC wafers for modern electronics

А. А. Лебедев¹, С. В. Белов², С. П. Лебедев³, Д. П. Литвин⁴, И. П. Никитина⁵, А. В. Васильев⁶, Ю. Н. Макаров⁷, С. С. Нагалюк⁸, А. Н. Смирнов⁹, В. В. Попов¹⁰, В. Н. Вьюгинов¹¹, Р. Г. Шифман¹², Ю. С. Кузьмичев¹³, Н. К. Травин¹⁴, О. В. Венедиктов¹⁵

research article Pages: 4-10

¹ д. ф.-м. н., профессор, зам. руководителя отделения твердотельной электроники, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург
^2,5 ст. инженер, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург
³ мл. науч. сотрудник, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург; Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
⁴ науч. сотрудник, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург
⁶ зам. ген. директора по производству, ООО «Группа компаний «Нитридные кристаллы», Санкт-Петербург
⁷ к. ф.-м. н., ген. директор, ООО «Группа компаний «Нитридные кристаллы», Санкт-Петербург
⁸ вед. инженер-технолог, ООО «Группа компаний «Нитридные кристаллы», Санкт-Петербург
⁹ к. ф.-м. н., ст. науч. сотрудник, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург
¹⁰ к.т.н., ген. директор, ОАО «Светлана», Санкт-Петербург
¹¹ к. ф.-м. н., директор, ЗАО «Светлана-Электронприбор», Санкт-Петербург
¹² зам. директора по науке - начальник ОКБ, ЗАО «Светлана-Электронприбор», Санкт-Петербург
¹³ начальник лаборатории, ЗАО «Светлана-Электронприбор», Санкт-Петербург
¹⁴ вед. инженер-технолог, ЗАО «Светлана-Электронприбор», Санкт-Петербург
¹⁵ инженер-технолог, ЗАО «Светлана-Электронприбор», Санкт-Петербург

Keywords: silicon carbide (SiC)semi-insulating SiC wafers crystals polytype MESFET

Abstract

The research of SiC material for semiconductor electronics began in Leningrad (Saint-Petersburg) from the pioneer works by O.V. Losev, pursued in Ioffe Physical-Technical Institute in 1930-s. These studies were continued at the Ioffe Institute and at St. Petersburg State Electrotechnical Technical University "LETI". Extensive studies of the electrophysical parameters of this material were pursued. Bulk SiC crystals, p-n structures, ohmic contacts, and mesa-structures were obtained and studied. Prototypes of many semiconductor devices on SiC were developed, such as Shottky diodes, field-effect transistors (JFETs and MESFETs), UV photo detectors, p-i-n diodes and IMPATT diodes. The technology of bulk semi-insulating silicon carbide (SI SiC) crystal growth, developed by the group of companies Nitride Crystals, was transferred to JSC "Svetlana-Electronpribor", where the manufacturing of the wafers from this material is founded at the present moment. The complete technological cycle includes bulk crystal growth, multi wire slicing, double side lapping, polishing, and CMP. The SI 6H-SiC wafers, developed by JSC "Svetlana-Electronpribor", are approximately equal in quality to those of the other manufacturers. They can be used for SiC homoepitaxy, heteroepitaxy of III-N materials and for graphene films production. The results of the research were presented at the 1-st Russian-Belorussian scientific and technical Conference - The Russian Radio Electronics Element Base?, devoted to the 110 anniversary of O.V. Losev-s birth, held in Nizhny Novgorod, September 11-14, 2013.

How to cite

Лебедев А.А., Белов С.В., Лебедев С.П., Литвин Д.П., Никитина И.П., Васильев А.В., Макаров Ю.Н., Нагалюк С.С., Смирнов А.Н., Попов В.В., Вьюгинов В.Н., Шифман Р.Г., Кузьмичев Ю.С., Травин Н.К., Венедиктов О.В. Полуизолирующие 6Н-SiC подложки для применения в современной электронике // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2014. № 2. С. 4–10.

References

Ostroumov A. G., Rogachev A. A. O.V.Losev - pioner poluprovodnikovoy elektroniki // Fizika: problemy, istoriya, lyudi: Sb. nauchnykh trudov / pod red. V. M. Tuchkevicha. L.: Nauka. 1986.
Novikov M. A. Oleg Vladimirovich Losev - pioner poluprovodnikovoy elektroniki // FTT. 2004. № 46. S. 5-9.
Anikin M. M., Andreev A. N., Lebedev A. A., Pyatko S. N., Rastegaeva M. G., Savkina N. S., Strel'chuk A. M., Syrkin A. L., Chelnokov V. Ye. Vysokotemperaturnyy diod Shottki // FTP. 1991. № 25. S. 328.
Anikin M. M., Ivanov P. A., Syrkin A. L., Tsarenkov B. V., Chelnokov V. Ye. SiC 6H - polevoy tranzistor s rekordnoy dlya karbidkremnevykh tranzistorov krutiznoy // Pis'ma v ZhTF 1989. № 15. S. 36.
Lebedev A. A., Anikin M. M., Rastegaeva M. G., Savkina N. S., Syrkin A. L., Chelnokov V. Ye. Polevoy tranzistor na osnove 6H-SiC s zatvorom v vide dioda Shottki // FTP. 1995. № 29. S. 1231-1236.
Anikin M. M., Andreev A. N., Pyatko S. N., Savkina N. S., Strelchuk A. M., Syrkin A. L. and Chelnokov V. E., UV photodetectors in 6H-SiC // Sensotrs and Actuators A. 1992. № 33. R. 91-93.
Bludov A. V., Boltovets M. S., Vasilevski K. V., Zorenko A. V., Zakentes K., Lebedev A. A., Krivitsa V. A., Simulation and prototype fabrication of microwave modulators with 4H-SiC p-I-n diode // Material science Forum 2004. V. 457-460. R. 1089-1092.
Vasilevski K. V., Zorenko A. V., Zekentes K., Experimentsl observation of microwave oscillations produced by pulsed silicon carbide IMPATT diodes // Electron. letters 2001. № 37 (7). R. 466-467.
Lebedev A. A., Belov S. V., Lebedev S. P., Litvin D. P., Nikitina I. P.,Vasil'ev A. V., Makarov Yu. N., Nagalyuk S. S., Strel'chuk A. M., Popov V. V., V'yuginov V. N., Shifman R. G., Kuzmichev Yu. S., Travin N. K., Venediktov O. V. Nachalo promyshlennogo vypuska SiC podlozhek i priborov na ikh osnove // Trudy 1-y Rossiysko-Belorusskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Elementnaya baza otechestvennoy radioelektroniki», posvyashchennoy 110-letiyu so dnya rozhdeniya O. V. Loseva. V 2-kh t. / pod red. A. E. Rassadina. N. Novgorod.: Nizhegorodskaya radiolaboratoriya. 2013. T. 1. S. 23-24.
Tairov Yu. M. and Tsvetkov V. F., Investigation of Growth proceses of ingots of silicon carbide single crystals // J.Crystal Growth. 1978. № 43. R. 209-212.
Patent USSR № 403275. 1970; Patent GB № 1458445 (21.02.74); Patent USA. 1970. № 4147575 (03.04.79) / Yu. A. Vodakov and E. N. Mokhov.
Mokhov E. N., Shulpina I. L., Tregubova A. S. and Vodakov Yu. A., Cryst. Res. Technol. 1981. № 16. R. 879.
Karpov S. Yu., Makarov Yu. N., Mokhov E. N., Ramm M. G., Ramm M. S., Roenkov A. D., Talalaev R. A., Vodakov Yu. A., Analysis of silicon carbide growth by sublimation sandwich method // J. of Crystal Growth. 1997. № 173. R. 408-416.
Zi S. M.Fizika poluprovodnikovykh priborov. M.: Energiya. 1973.
Levinshtein M. E., Rumyantsev S. L., Shur M. S., Properties of Advanced Semiconductor materials: GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe. New York: Wiley. 2001.
Yim J. H., et al., 4H-SiC Planar MESFETs on High-Purity Semi-insulating Substrates // Materials Science Forum. 2007. V. 556-557. P. 763-766.
Katakami S., Ogata M., Ono S. and Arai M., Improvement of Electrical Characteristics of Ion Implanted 4H-SiC MESFET on a Semi-insulating Substrate // Materials Science Forum. 2007. V. 556-557. P. 803-806.
Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I. V., Firsov A. A., Electric field effect in atomically thin carbon films. // 2004. Science 306. R. 666.
Lemme M. C., Current status of graphene transistors // Solid State Phenomena. 2009. № 156. R. 499.
Schwierz F., Graphene transistors, Nature Nanotech. 2010. № 5. R. 487.
Wu Y. Lin, Y., Jenkins K., et al., RF performance of short channel graphene field-effect transistor // Tech. Dig. of Int. Electron Device Meeting (IEDM). 2010. № 226.
Tzalenchuk A., lara-Avila S., Kalaboukhov A., Paolillo S., Syvajarvi M., Yakimova R., Kazakova O., Janssen T. J. B. M., Fal-ko V., and Kubatkin S., Nature Nanotechnology. 2010. № 5. R. 186-189.
Lebedev A. A., Chelnokov V. Ye. Shirokozonnye poluprovodniki dlya silovoy elektroniki // FTP. 1999. T. 33. № 9. S. 1096-1099.
Young L., et. al., Field plate engineering for GaN-based Schottky barrier diodes // J. of Semiconductors. 2013. V. 34. № 5. R. 054007.
LaRoche J. R, Luo B., Ren F., Baik K. H., Stodilka D., Gila B., Abernathy C. R., Pearton S. J., Usikov A., Tsvetkov D., Soukhoveev V., Gainer G., Pechnikov A., Dmitriev V., Chen G.-T., Pan C.-C., Chyi J.-I., GaN/AlGaN HEMTs grown by hydride vapor phase epitaxy on AlN/SiC substrates // Solid-State Electronics 2004. № 48. P. 193-196.

Full text, PDF 350 ₽

[1] Ostroumov A. G., Rogachev A. A. O.V.Losev - pioner poluprovodnikovoy elektroniki // Fizika: problemy, istoriya, lyudi: Sb. nauchnykh trudov / pod red. V. M. Tuchkevicha. L.: Nauka. 1986.

[2] Novikov M. A. Oleg Vladimirovich Losev - pioner poluprovodnikovoy elektroniki // FTT. 2004. № 46. S. 5-9.

[3] Anikin M. M., Andreev A. N., Lebedev A. A., Pyatko S. N., Rastegaeva M. G., Savkina N. S., Strel'chuk A. M., Syrkin A. L., Chelnokov V. Ye. Vysokotemperaturnyy diod Shottki // FTP. 1991. № 25. S. 328.

[4] Anikin M. M., Ivanov P. A., Syrkin A. L., Tsarenkov B. V., Chelnokov V. Ye. SiC 6H - polevoy tranzistor s rekordnoy dlya karbidkremnevykh tranzistorov krutiznoy // Pis'ma v ZhTF 1989. № 15. S. 36.

[5] Lebedev A. A., Anikin M. M., Rastegaeva M. G., Savkina N. S., Syrkin A. L., Chelnokov V. Ye. Polevoy tranzistor na osnove 6H-SiC s zatvorom v vide dioda Shottki // FTP. 1995. № 29. S. 1231-1236.

[6] Anikin M. M., Andreev A. N., Pyatko S. N., Savkina N. S., Strelchuk A. M., Syrkin A. L. and Chelnokov V. E., UV photodetectors in 6H-SiC // Sensotrs and Actuators A. 1992. № 33. R. 91-93.

[7] Bludov A. V., Boltovets M. S., Vasilevski K. V., Zorenko A. V., Zakentes K., Lebedev A. A., Krivitsa V. A., Simulation and prototype fabrication of microwave modulators with 4H-SiC p-I-n diode // Material science Forum 2004. V. 457-460. R. 1089-1092.

[8] Vasilevski K. V., Zorenko A. V., Zekentes K., Experimentsl observation of microwave oscillations produced by pulsed silicon carbide IMPATT diodes // Electron. letters 2001. № 37 (7). R. 466-467.

[9] Lebedev A. A., Belov S. V., Lebedev S. P., Litvin D. P., Nikitina I. P.,Vasil'ev A. V., Makarov Yu. N., Nagalyuk S. S., Strel'chuk A. M., Popov V. V., V'yuginov V. N., Shifman R. G., Kuzmichev Yu. S., Travin N. K., Venediktov O. V. Nachalo promyshlennogo vypuska SiC podlozhek i priborov na ikh osnove // Trudy 1-y Rossiysko-Belorusskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Elementnaya baza otechestvennoy radioelektroniki», posvyashchennoy 110-letiyu so dnya rozhdeniya O. V. Loseva. V 2-kh t. / pod red. A. E. Rassadina. N. Novgorod.: Nizhegorodskaya radiolaboratoriya. 2013. T. 1. S. 23-24.

[10] Tairov Yu. M. and Tsvetkov V. F., Investigation of Growth proceses of ingots of silicon carbide single crystals // J.Crystal Growth. 1978. № 43. R. 209-212.

[11] Patent USSR № 403275. 1970; Patent GB № 1458445 (21.02.74); Patent USA. 1970. № 4147575 (03.04.79) / Yu. A. Vodakov and E. N. Mokhov.

[12] Mokhov E. N., Shulpina I. L., Tregubova A. S. and Vodakov Yu. A., Cryst. Res. Technol. 1981. № 16. R. 879.

[13] Karpov S. Yu., Makarov Yu. N., Mokhov E. N., Ramm M. G., Ramm M. S., Roenkov A. D., Talalaev R. A., Vodakov Yu. A., Analysis of silicon carbide growth by sublimation sandwich method // J. of Crystal Growth. 1997. № 173. R. 408-416.

[14] Zi S. M.Fizika poluprovodnikovykh priborov. M.: Energiya. 1973.

[15] Levinshtein M. E., Rumyantsev S. L., Shur M. S., Properties of Advanced Semiconductor materials: GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe. New York: Wiley. 2001.

[16] Yim J. H., et al., 4H-SiC Planar MESFETs on High-Purity Semi-insulating Substrates // Materials Science Forum. 2007. V. 556-557. P. 763-766.

[17] Katakami S., Ogata M., Ono S. and Arai M., Improvement of Electrical Characteristics of Ion Implanted 4H-SiC MESFET on a Semi-insulating Substrate // Materials Science Forum. 2007. V. 556-557. P. 803-806.

[18] Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I. V., Firsov A. A., Electric field effect in atomically thin carbon films. // 2004. Science 306. R. 666.

[19] Lemme M. C., Current status of graphene transistors // Solid State Phenomena. 2009. № 156. R. 499.

[20] Schwierz F., Graphene transistors, Nature Nanotech. 2010. № 5. R. 487.

[21] Wu Y. Lin, Y., Jenkins K., et al., RF performance of short channel graphene field-effect transistor // Tech. Dig. of Int. Electron Device Meeting (IEDM). 2010. № 226.

[22] Tzalenchuk A., lara-Avila S., Kalaboukhov A., Paolillo S., Syvajarvi M., Yakimova R., Kazakova O., Janssen T. J. B. M., Fal-ko V., and Kubatkin S., Nature Nanotechnology. 2010. № 5. R. 186-189.

[23] Lebedev A. A., Chelnokov V. Ye. Shirokozonnye poluprovodniki dlya silovoy elektroniki // FTP. 1999. T. 33. № 9. S. 1096-1099.

[24] Young L., et. al., Field plate engineering for GaN-based Schottky barrier diodes // J. of Semiconductors. 2013. V. 34. № 5. R. 054007.

[25] LaRoche J. R, Luo B., Ren F., Baik K. H., Stodilka D., Gila B., Abernathy C. R., Pearton S. J., Usikov A., Tsvetkov D., Soukhoveev V., Gainer G., Pechnikov A., Dmitriev V., Chen G.-T., Pan C.-C., Chyi J.-I., GaN/AlGaN HEMTs grown by hydride vapor phase epitaxy on AlN/SiC substrates // Solid-State Electronics 2004. № 48. P. 193-196.

Abstract

How to cite

Related articles