Theoretical studies of defects in silicon carbide

Abstract

Cálculos de estructura electrónica han sido utilizados para el estudio de la estructura, de la difusividad y de la actividad eléctrica de defectos puntuales en carburo de silicio. En particular, se han considerado impurezas de tipo n y de tipo p, boro, nitrógeno y fósforo, juntas con defectos intrínsecos, como las vacantes del cristal.<br/>El proceso de transient enhanced diffusion del boro ha sido estudiado y se ha propuesto una descripción microscópica del mismo: el kick-out realizado por un auto-intersticial de silicio cercano ha resultado ser el responsable de la metaestabilidad del de otra forma altamente estable boro sustitucional.<br/>El mecanismo de difusión de la vacante de carbono y de silicio ha sido discutido y caracterizado; se ha demostrado que la vacante de carbono migra solamente a través de un mecanismo de difusión a los segundos vecinos, mientras que la vacante de silicio es metaestable con respecto a la formación del par vacante-antisito y entonces el camino de difusión será mediado por la formación de dicha configuración.<br/>El dopaje de tipo n en las condiciones de alta dosis obtenidas con nitrógeno y/o fósforo ha sido estudiado; se ha mostrado que la formación de complejos de nitrógenos eléctricamente inactivos hace que el fósforo sea la elección mas adecuada para obtener dopaje de tipo n bajo estas condiciones.

Electronic structure calculations have been used to study the structure, the diffusivity and the electrical activity of point defects in silicon carbide. Particularly, p-type and n-type impurities have been considered, namely boron, nitrogen and phosphorus, together with intrinsic defects, specifically vacancies of the host crystal.<br/>The transient enhanced diffusion of boron have been approached and a microscopic picture of this process have been proposed; the kick-out operated by a nearby silicon self-interstitial have turned out to be the responsible of the induced metastability of the otherwise highly stable boron substitutional.<br/>The diffusion mechanism of the carbon and the silicon vacancy have been discussed and characterised; it has been shown that the carbon vacancy can only migrate by means of a second neighbour diffusion mechanisms, while the silicon vacancy is metastable with respect to the formation of a vacancy-antisite pair, and therefore the diffusion path will be mediated by the formation of such configuration.<br/>The n-type high-dose doping regime obtained with nitrogen and / or phosphorus have been studied; it has been demonstrated that the formation of electrically inactive nitrogen aggregate in the high-dose regime makes phosphorus the preferred choice to achieve n-type doping under such conditions.