more properties of c in si
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index 256e7db..a55b216 100644 (file)
@@ -262,24 +262,66 @@ Therefore, the dose must not exceed the stoichiometry dose, i.e. the dose corres
 Otherwise clusters of C are formed, which cannot be dissolved during post-implantation annealing at moderate temperatures below the Si melting point \cite{lindner96,calcagno96}.
 Annealing should be performed for \unit[5-10]{h} at \unit[1250]{$^{\circ}$C} to enable the redistribution from the as-implanted Gaussian into a box-like C depth profile \cite{lindner95}.
 The implantation temperature constitutes the most critical parameter, which is responsible for the structure after implantation and, thus, the starting point for subsequent annealing steps.
-
-
-\cite{lindner98} sharp interface and good crystallinity
-
-improved two-temperature implantation \cite{lindner99}.
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-By understanding these basic processes
-... lindner limit in dose -> 1250
-... two temp implantation ... sharp interface
-By understanding some basic processes (32-36), \ac{IBS} nowadays has become a promising method to form thin SiC layers of high quality exclusively of the 3C polytype embedded in and epitactically aligned to the Si host featuring a sharp interface \cite{lindner99,lindner01,lindner02}.
+Implantations at \unit[400]{$^{\circ}$C} resulted in buried layers of SiC subdivided into a polycrystalline upper and an epitaxial lower part.
+This corresponds to the region of randomly oriented SiC crystallites and epitaxially aligned precipitates surrounded by thin amorphous layers without crystalline SiC inclusions in the as-implanted state.
+However, an abrupt interface to the Si host is observed after annealing.
+As expected, single-crystalline layers were achieved for an increased temperature of \unit[600]{$^{\circ}$C}.
+However, these layers show an extremely poor interface to the Si top layer governed by a high density of SiC precipitates, which are not affected in the C redistribution during annealing and, thus, responsible for the rough interface.
+Hence, to obtain sharp interfaces and single-crystalline SiC layers temperatures between \unit[400]{$^{\circ}$C} and \unit[600]{$^{\circ}$C} have to be used.
+Indeed, reasonable results were obtained at \unit[500]{$^{\circ}$C} \cite{lindner98} and even better interfaces were observed for \unit[450]{$^{\circ}$C} \cite{lindner99_2}.
+To further improve the interface quality and crystallinity a two-temperature implantation technique was developed \cite{lindner99}.
+To form a narrow, box-like density profile of oriented SiC nanocrystals \unit[93]{\%} of the total dose of \unit[$8.5\cdot 10^{17}$]{cm$^{-2}$} is implanted at \unit[500]{$^{\circ}$C}.
+The remaining dose is implanted at \unit[250]{$^{\circ}$C}, which leads to the formation of amorphous zones above and below the SiC precipitate layer and the desctruction of SiC nanocrystals within these zones.
+After annealing for \unit[10]{h} at \unit[1250]{$^{\circ}$C} a homogeneous, stoichiometric SiC layer with sharp interfaces is formed.
+
+To summarize, by understanding some basic processes, \ac{IBS} nowadays has become a promising method to form thin SiC layers of high quality exclusively of the 3C polytype embedded in and epitaxially aligned to the Si host featuring a sharp interface.
+Due to the high areal homogeneity achieved in \ac{IBS}, the size of the layers is only limited by the width of the beam-scanning equipment used in the implantation system as opposed to deposition techniques, which have to deal with severe wafer bending.
+This enables the synthesis of large area SiC films.
 
 \section{Substoichiometric concentrations of carbon in crystalline silicon}
 
-diffusion mechanism, lattice distortion, hmm ... extra section needed?
+In the following some basic properties of C in crystalline Si are reviewed.
+A lot of work has been done contributing to the understanding of C in Si either as an isovalent impurity as well as at concentrations exceeding the solid solubility limit.
+A comprehensive survey on C-mediated effects in Si has been published by Skorupa and Yankov \cite{skorupa96}.
+
+\subsection{Carbon as an impurity in silicon}
+
+Below the solid solubility, C mainly occupies substitutionally Si lattice sites in Si \cite{newman65}.
+Due to the much smaller covalent radius of C compared to Si every incorporated C atom leads to a decrease in the lattice constant corresponding to a lattice contraction of about one atomic volume \cite{baker68}.
+The induced strain is assumed to be responsible for the low solid solubility of C in Si, which was determined \cite{bean71} to be
+\begin{equation}
+c_{\text{s}}=\unit[4\times10^{24}]{cm^{-3}}
+\cdot\exp(\unit[-2.3]{eV/k_{\text{B}}T})
+\text{ .} \text{{\color{red}k recursive!}}
+\end{equation}
+The barrier of diffusion of substitutional C has been determined to be around \unit[3]{eV} \cite{newman61}.
+However, as suspected due to the substitutional position, the diffusion of C requires intrinsic point defects, i.e. Si self-interstitials and vacancies.
+Similar to phosphorous and boron, which exclusively use self-interstitials as a diffusion vehicle, the diffusion of C atoms is expected to obey the same mechanism.
+Indeed, enhanced C diffusion was observed in the presence of self-interstitial supersaturation \cite{kalejs84} indicating an appreciable diffusion component involving self-interstitials and only a negligible contribution by vacancies.
+Substitutional C and interstitial Si react into a C-Si complex forming a dumbbell structure oriented along a crystallographic \hkl<1 0 0> direction on a regular Si lattice site.
+This structure, the so called C-Si \hkl<1 0 0> dumbbell structure, was initially suspected by local vibrational mode absorption \cite{bean70} and finally verified by electron paramegnetic resonance \cite{watkins76} studies on irradiated Si substrates at low temperatures.
+Measuring the annealing rate of the defect as a function of temperature reveals barriers for migration ranging from \unit[0.73]{eV} \cite{song90} to \unit[0.87]{eV} \cite{tipping87}.
+% diffusion pathway?
+
+%\subsection{Agglomeration phenomena}
+% c-si agglomerattion as an alternative to sic precipitation (due to strain)
+% -> maybe this fits better in prec model in next chapter
+
+\subsection{Suppression of transient enhanced diffusion of dopant species}
+
+\subsection{Strained silicon and silicon heterostructures}
+%   -> skorupa 3.2: c sub vs sic prec  
+%   -> my own links: strane etc ...
+%   -> skorupa 3.5: heterostructures
 
 \section{Assumed cubic silicon carbide conversion mechanisms}
 \label{section:assumed_prec}
 
+Although much progress has been made in 3C-SiC thin film growth in the above-mentioned growth methods during the last decades, there is still potential
+.. compatible to the established and highly developed technology based on silicon.
+
+Although tremendous progress has been achieved in the above-mentioned growth methods during the last decades, available wafer dimensions and crystal qualities are not yet statisfactory.
+
 ... \cite{lindner99_2} ...
 
 on surface ... md contraction along 110 ... kitabatake ... and ref in lindner ... rheed from si to sic ...
@@ -292,3 +334,4 @@ nejim however ...
   also indictaed by other direct synthesis experiments like martin90 and conclusions of reeson8X ...
 
 eichhornXX, koegler, lindner ...
+