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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.