Crecimiento lateral mpcvd de diamante homoepitaxial para dispositivos de potencia - homoepitaxial mpcvd diamond lateral growth for diamond power devices

Résumé

El diamante es el material semiconductor definitivo para los dispositivos electrónicos de potencia. Por ello, las técnicas de crecimiento y los dispositivos basados en diamante han sido objeto de estudio en todo el mundo durante las últimas dos décadas. De entre estos dispositivos de potencia, los diodos Schottky basados en diamante son los más avanzados. Sin embargo, sustituir los dispositivos de potencia actuales, basados en Si y SiC, aún requiere importantes avances tecnológicos. La mejora de los dispositivos de potencia no solo depende de las características propias del material semiconductor, sino también de la arquitectura del dispositivo. Los dispositivos verticales y pseudo-verticales ofrecen muchas ventajas, tales como baja resistencia activa específica, alto voltaje de ruptura y reducción del tamaño. Además, los diseños tridimensionales (3D) permiten reducir el campo eléctrico dentro del material y, con solo comprender mejor los mecanismos de crecimiento del diamante sobre sustratos de diamante grabados, se logrará un mayor aprovechamiento de las características excepcionales del diamante. Por esto, la motivación de esta tesis es la de entender los mecanismos que gobiernan el crecimiento homoepitaxial de diamantes sobre sustratos grabados tridimensionalmente con el objetivo de implementarlo en el diseño y fabricación de un diodo Schottky. Para lograr este objetivo, se han estudiado experimentalmente los principales mecanismos de crecimiento CVD sobre sustratos grabados usando para ello una novedosa aproximación estratigráfica que permite seguir la dirección de crecimiento y la generación de defectos en varias etapas. Se han evidenciado varios sectores de crecimiento y una tendencia a la “planarización”, mientras que la concentración de metano, y las consecuentes velocidades de crecimiento, se han mostrado claves. Se han tratado varias interpretaciones del modelo, desde la atomística hasta la escala macroscópica. Se ha determinado igualmente el origen de las dislocaciones y otros defectos planares y superficiales. Las condiciones de crecimiento a bajo metano dieron lugar a una gran calidad de recrecimiento 3D. Se propone el recrecimiento de micro-terrazas como método para la obtención de grandes regiones libres de defectos. Y un nuevo método basado en el endurecimiento por solución sólida se presenta como alternativa a la catodoluminiscencia en la evaluación del dopado por boro en regiones con alta densidad de dislocaciones, que habitualmente impiden esta estimación. Todos los resultados obtenidos, han sido utilizados en la reducción de pasos tecnológicos para la fabricación de dispositivos 3D basados en diamante (diodos Schottky o incluso MOSFET). En el caso de diodos Schottky, se propone un diseño 3D que tiene las ventajas siguientes: - “Filtrar” dislocaciones. - Permitir ampliar las regiones de campo arbitrariamente. - Disminuir los procesos de fotolitografía. - Mejorar los contactos óhmicos con el crecimiento de capas p+ en planos {111}