碳化硅（SiC）是一种非常有前途的材料，用于电子设备中的高温，高频和高功率应用。然而，由于存在各种扩展缺陷，许多基于SiC的电子设备的商业化一直具有挑战性。为了提高SiC的性能，对晶体生长过程中缺陷的形成和扩张进行了研究。尽管这些结果有助于技术的重大进步，促进了这些材料的商业化，但尚未完全了解扩展缺陷的形成和扩散。而Photon etc.的高光谱显微成像在辨别各种故障类型的发光带方面具有关键性作用，有助于深入探究SiC材料中缺陷的生成和扩散机制，进一步加深我们对SIC材料的理解。
高光谱显微成像在碳化硅材料的电致发光表征应用
SiC内部中存在着各种各样的扩展缺陷，其中zui有害的三种是螺纹位错、内生堆垛故障和复合诱导的堆垛故障（RISFs）。尤其特别的是，RISFs难以控制，因为它们在设备运行过程中膨胀，导致双极器件（如PIN二极管）的导通电压持续增加。这种扩张是由RISFs附近自由载流子的重组引起的。了解它们运动的机制对于减轻它们至关重要。
电致发光（EL）通常用于识别扩展缺陷：RISFs在2.89eV（430nm）处发射，而结晶故障区域的部分位错（PDs）在1.8电子eV（690nm）处发射。在4H-SiC中，部分错位在设备运行过程中也沿着碳芯部位会发出绿色荧光。即使通过热处理使RISFs缩小，这种发射也会保持不变。利用Photon etc.公司的IMA高光谱显微镜可以同时获取缺陷光谱和空间信息。IMA由光学显微镜、源表、探针和基于体积Bragg光栅的高光谱滤光片组成。高光谱EL成像可以迅速而准确地识别4H-SiC中导致绿色荧光的缺陷类别。
下面展示了RISFs在不同的电流注入时间内如何膨胀，以及绿色荧光中心如何沿部分位错移动。这说明在SiC中不仅RISFs在载体注入下移动，而且诸如硼杂质等点缺陷也可以在这些条件下被诱导移动。
在经过一段时间的设备运行并随后在700℃的氮气环境中进行退火以收缩RISFs（如图1a所示）[1]之后，对SiC PIN二极管进行了EL成像[1]。随着RISFs的扩张，从器件中收集到的EL从400nm到780nm，步长2nm，曝光时间为30s。使用IMA收集的单色图像可以将不同类别的缺陷分离开来。如图1b显示了RISFs的峰值发射，中心波长为424nm，图1c-d显示了534nm和720nm处的部分位错。图2中标有“1”和“2”的两个区域的光谱响应确认，PDs由于RISFs在424nm处有类似的尖锐发射，而在530-540nm处为较宽发射。通过结合光谱和空间信息，可以将后者的发射归因于可移动的硼杂质。
图1、（a）SiC的PIN二极管的实色EL（b-d）退火后从高光谱数据中提取的单色EL图像
图2、区域1和2的EL光谱
Photon etc.的IMA高光谱成像仪在区分不同故障类型的发光特征方面扮演了至关重要的角色，为我们深入研究SiC材料中缺陷的形成和传播机制提供了强有力的支持，从而进一步拓展了我们对这个领域的理解。
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相关文献：
[1] Caldwell, J. D., Giles, A., Lepage, D., carrier, D., Moumanis, K., Hull, B. A., Stahlbush, R. E., Myers-Ward, R. L., Dubowski, J. J., & Verhaegen, M. (2013). Experimental evidence for mobile luminescence center mobility on partial dislocations in 4H-SiC using hyperspectral electroluminescence imaging. Applied Physics Letters, 102(24), 242109.
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