CVD growth of (001) and (111) 3C-SiC epilayers and their interface reactivity with praseodymium oxide dielectric layers

CVD-Wachstum von (001) und (111) 3C-SiC Epi-Schichten und ihre Grenzflächenreaktivität mit dielektrischen Praseodymiumoxidschichten

  • In this work, growth and characterisation of 3C-SiC thin films, investigation of oxidation of thus prepared layers and Pr-silicate and AlON based interface with SiC have been studied. Chemical vapor deposition of 3C-SiC thin films on Si(001) and Si(111) substrates has been investigated. Prior to the actual SiC growth, preparation of initial buffer layers of SiC was done. Using such a buffer layer, epitaxial growth of 3C-SiC has been achieved on Si(111) and Si(001) substrates. The temperature of 1100°C and 1150°C has been determined to be the optimal temperature for 3C-SiC growth on Si (111) and Si(001) substrates respectively. The oxidation studies on SiC revealed that a slow oxidation process at moderate temperatures in steps was useful in reducing and suppressing the g-C at the SiO2/SiC interface. Clean, graphitefree SiO2 has been successfully grown on 3C-SiC by silicon evaporation and UHV anneal. For the application of high-k Pr2O3 on silicon carbide, plausible interlayer, Pr-Silicate and AlON, have been investigated. PraseodymiumIn this work, growth and characterisation of 3C-SiC thin films, investigation of oxidation of thus prepared layers and Pr-silicate and AlON based interface with SiC have been studied. Chemical vapor deposition of 3C-SiC thin films on Si(001) and Si(111) substrates has been investigated. Prior to the actual SiC growth, preparation of initial buffer layers of SiC was done. Using such a buffer layer, epitaxial growth of 3C-SiC has been achieved on Si(111) and Si(001) substrates. The temperature of 1100°C and 1150°C has been determined to be the optimal temperature for 3C-SiC growth on Si (111) and Si(001) substrates respectively. The oxidation studies on SiC revealed that a slow oxidation process at moderate temperatures in steps was useful in reducing and suppressing the g-C at the SiO2/SiC interface. Clean, graphitefree SiO2 has been successfully grown on 3C-SiC by silicon evaporation and UHV anneal. For the application of high-k Pr2O3 on silicon carbide, plausible interlayer, Pr-Silicate and AlON, have been investigated. Praseodymium silicate has been prepared successfully completely consuming the SiO2 and simultaneously suppressing the graphitic carbon formation. A comparatively more stable interlayer using AlON has been achieved. This interlayer mainly consists of stable phases of AlN along with some amount of Pr-aluminates and CN. Such layers act as a reaction barrier between Pr2O3 and SiC, and simultaneously provide higher band offsets.show moreshow less
  • Im Rahmen dieser Arbeit wird das Wachstum und die Charakterisierung von 3C-SiC Filmen, deren Oxidation, sowie das darauf präparierte Pr-Silikat und die AlON abgeleitete Grenzfläche untersucht. Dünne 3C-SiC Filme wurden auf Si(001) und Si(111) Oberflächen mit Hilfe von Chemical Vapor Deposition Verfahren hergestellt. Vor dem eigentlichen SiC-Wachstum wurde eine SiC Zwischenschicht präpariert. Durch diese Buffer-Schicht wurde das epitaktische Wachstum von 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) erst ermöglicht. Als optimale Präparationstemperaturen für 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) konnten 1100°C und 1150°C gefunden werden. Im Verlaufe der Oxidation hat sich ein langsamer Stufenprozess mit moderaten Temperaturen als hilfreich erwiesen, um die Graphitisierung an der SiO2/SiC Grenzfläche zu minimieren. Sauberes, graphitfreies SiO2 konnte somit auf 3C-SiC mit Hilfe von Si-Evaporation und Heizen im Vakuum hergestellt werden. Für mögliche Anwendung von Pr2O3 auf Siliziumkarbid als high-k Dielektrikum wurden weiterhin Pr-Silikate und AlON untersucht.Im Rahmen dieser Arbeit wird das Wachstum und die Charakterisierung von 3C-SiC Filmen, deren Oxidation, sowie das darauf präparierte Pr-Silikat und die AlON abgeleitete Grenzfläche untersucht. Dünne 3C-SiC Filme wurden auf Si(001) und Si(111) Oberflächen mit Hilfe von Chemical Vapor Deposition Verfahren hergestellt. Vor dem eigentlichen SiC-Wachstum wurde eine SiC Zwischenschicht präpariert. Durch diese Buffer-Schicht wurde das epitaktische Wachstum von 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) erst ermöglicht. Als optimale Präparationstemperaturen für 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) konnten 1100°C und 1150°C gefunden werden. Im Verlaufe der Oxidation hat sich ein langsamer Stufenprozess mit moderaten Temperaturen als hilfreich erwiesen, um die Graphitisierung an der SiO2/SiC Grenzfläche zu minimieren. Sauberes, graphitfreies SiO2 konnte somit auf 3C-SiC mit Hilfe von Si-Evaporation und Heizen im Vakuum hergestellt werden. Für mögliche Anwendung von Pr2O3 auf Siliziumkarbid als high-k Dielektrikum wurden weiterhin Pr-Silikate und AlON untersucht. Praseodymium-Silikat konnte erfolgreich auf der SiO2 Oberfläche abgeschieden werden und gleichzeitig die Graphitisierung verhindert werden. Im Vergleich hierzu konnten sehr stabile Grenzflächen mit AlON hergestellt werden. Diese Grenzflächen bestehen hauptsächlich aus AlN mit Anteilen von Pr-Al Komplexen. Diese Schichten können als Reaktionsbarrieren zwischen Pr2O3 und SiC dienen und gleichzeitig den Band-Offset vergrößern.show moreshow less

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Metadaten
Author: Rakesh Sohal
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-121
Referee / Advisor:Prof. Dr. Dieter Schmeißer
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2006
Date of final exam:2006/07/24
Release Date:2006/08/24
Tag:Oxidation
Oxidation
GND Keyword:Siliciumcarbid; Kristallfläche; Dielektrische Schicht; CVD-Verfahren
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Angewandte Physik / Sensorik
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