Lithuanian Journal of Physics article / Lietuvos fizikos žurnalo straipsnis

Measurements of carrier transport have been carried out in different SiC polytypes by using two complementary techniques: a picosecond four-wave mixing and magnetoresistance. Both techniques confirmed the mechanism of phonon scattering in T = 100–300 K range, as well as higher carrier mobility in n-type 4H epitaxial layers with respect to 3C-SiC. The optical technique revealed a decrease of the bipolar mobility in 3C-SiC at T < 100 K and its variation with photoexcited carrier density. A lattice heating was observed in free standing 3C- and 4H-SiC due to strong impact of nonradiative recombination, and this effect precluded optical studies of carrier dynamics at low temperatures.

Keturbangio maišymo bei Holo efekto metodikomis atlikti temperatūriniai nepusiausvirųjų krūvininkų dinamikos matavimai n tipo 4H-SiC ir 3C-SiC epitaksiniuose sluoksniuose bei 3C-SiC kvazitūriniame kristale. Išmatuotos bipolinio krūvininkų judrio (difuzijos koeficiento) priklausomybės 100–300 K temperatūros intervale. Iš abiem metodikomis išmatuotų priklausomybių 4H-SiC epitaksiniuose sluoksniuose (µ ~ T^–3/2) nustatyta, kad pagrindinis krūvininkų sklaidos mechanizmas yra sklaida fononais visame matuotos temperatūros intervale (100–300 K). Rastos didesnės difuzijos koeficiento vertės cheminiu garų nusodinimo metodu užaugintame 4H-SiC epitaksiniame sluoksnyje, lyginant su sublimacijos būdu užaugintu bandiniu. Šis skirtumas paaiškinamas skirtingu defektų tankiu abiejuose bandiniuose. Iš išmatuotų krūvininkų judrio temperatūrinių priklausomybių 3C-SiC bandiniuose padaryta išvada, kad sklaida jonizuotomis priemaišomis riboja judrio vertę, kai T < 100 K, o esant T > 100 K vyrauja sklaida fononais. Judrio vertės mažėjimas didinant žadinančios šviesos energijos tankį (nepusiausvirųjų krūvininkų tankį) kvazitūriniame kristale aiškinamas priemaišų perelektrinimu esant dideliems krūvininkų tankiams. Didesnės judrio vertės (visuose matuotos temperatūros ir žadinančios šviesos energijos tankio intervaluose) kvazitūriniame 3C-SiC lyginant su epitaksiniu sluoksniu rodo geresnes jo elektrines savybes. Nustatyta, kad esant žemai temperatūrai (T < 100 K 4H-SiC atveju ir T < 50 K 3C-SiC atveju) kristalinės gardelės kaitinimas dėl nespindulinės laisvųjų krūvininkų rekombinacijos ir energijos perviršio, susidarančio žadinant kristalą šviesos kvantu hν > E_g, sukelia temperatūrinę lūžio rodiklio moduliaciją, kuri turi didelę įtaką difrakcijos efektyvumo kinetikoms, ir dėl to nebegalima tiesiogiai įvertinti nepusiausvirųjų krūvininkų judrio šiuose kristaluose. Reikia pažymėti, kad epitaksiniame 3C-SiC sluoksnyje šis efektas nebuvo stebimas, ir tai rodo mažesnį nespindulinės rekombinacijos kanalų kiekį, lyginant su kvazitūriniu 3C-SiC kristalu.