The selectivity of electrically detected magnetic resonance (EDMR) is utilized to probe the dominant recombination defect at the Si-face 4H-SiC/SiO2 interface. The nature of this defect has long been debated with the two main candidates being the Si vacancy (VSi) or the C-dangling bond (PbC). Through comparison between experimental EDMR measurements and ab initio calculations, an important performance limiting recombination defect observed with EDMR in the current generation of nMOSFETs is reasonably explained as a combination of the PbC and the dual-PbC defects. These defects match the symmetry, hyperfine interaction, and isotopic abundance observed in the experimental EDMR spectrum.
References
1.
T.
Aichinger
, G.
Rescher
, and G.
Pobegen
, Microelectron. Rel.
80
, 68
(2018
).2.
V.
Presser
and K. G.
Nickel
, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci.
33
, 1
(2008
).3.
V. V.
Afanas'ev
and A.
Stesmans
, Phys. Rev. Lett.
78
, 2437
(1997
).4.
S.
Wang
, S.
Dhar
, S. R.
Wang
, A. C.
Ahyi
, A.
Franceschetti
, J. R.
Williams
, L. C.
Feldman
, and S. T.
Pantelides
, Phys. Rev. Lett.
98
, 026101
(2007
).5.
T.
Umeda
, J.
Ishoya
, T.
Ohshima
, N.
Morishita
, H.
Itoh
, and A.
Gali
, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
75
, 245202
(2007
).6.
T.
Umeda
, N. T.
Son
, J.
Isoya
, E.
Janzén
, T.
Ohshima
, N.
Morishita
, H.
Itoh
, A.
Gali
, and M.
Bockstedte
, Phys. Rev. Lett.
96
, 145501
(2006
).7.
T.
Umeda
, K.
Esaki
, R.
Kosugi
, K.
Fukuda
, N.
Morishita
, T.
Oshima
, and J.
Isoya
, Mater. Sci. Forum
679–680
, 370
(2011
).8.
J.
Isoya
, T.
Umeda
, N.
Mizuochi
, N. T.
Son
, E.
Janzén
, and T.
Ohshima
, Phys. Status Solidi B
245
, 1298
(2008
).9.
J. M.
Knaup
, P.
Deák
, T.
Frauenheim
, A.
Gali
, Z.
Hajnal
, and W. J.
Choyke
, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
71
, 235321
(2005
).10.
A.
Gali
, T.
Hornos
, M.
Bockstedte
, and T.
Frauenheim
, Mater. Sci. Forum
556–557
, 439
(2007
).11.
C. J.
Cochrane
, P. M.
Lenahan
, and A. J.
Lelis
, Appl. Phys. Lett.
100
, 023509
(2012
).12.
J. L.
Cantin
, H. J.
von Bardeleben
, Y.
Shishkin
, Y.
Ke
, R. P.
Devaty
, and W. J.
Choyke
, Phys. Rev. Lett.
92
, 015502
(2004
).13.
H. J.
von Bardeleben
, J. L.
Cantin
, L.
Ke
, Y.
Shishkin
, R. P.
Devaty
, and W. J.
Choyke
, Mater. Sci. Forum
483–485
, 273
(2005
).14.
S.
Dimitrijev
, Mater. Sci. Forum
457–460
, 1263
(2004
).15.
E. N.
Kalabukhova
, S. N.
Lukin
, D. V.
Savchenko
, B. D.
Shanina
, A. V.
Vasin
, V. S.
Lysenko
, A. N.
Nazarov
, A. V.
Rusavsky
, J.
Hoentsch
, and Y.
Koshka
, Phys. Rev. B
81
, 155319
(2010
).16.
N.
Mizuochi
, S.
Yamasaki
, H.
Takizawa
, N.
Morishita
, T.
Ohshima
, H.
Itoh
, and J.
Isoya
, Phys. Rev. B
68
, 165206
(2003
).17.
F.
Amy
, P.
Soukiassian
, Y. K.
Hwu
, and C.
Brylinski
, Phys. Rev. B
65
, 165323
(2000
).18.
S. H.
Choi
, D.
Wang
, J. R.
Williams
, M.
Park
, W.
Lu
, S.
Dhar
, and L. C.
Feldman
, Appl. Surf. Sci.
253
, 5411
–5414
(2007
).19.
M.
Maekawa
, A.
Kawasuso
, M.
Yoshikawa
, A.
Miyashita
, R.
Suzuki
, and T.
Ohdaira
, Phys. B: Condens. Matter
376–377
, 354
–357
(2006
).20.
M.
Maekawa
, A.
Kawasuso
, M.
Yoshikawa
, and H.
Itoh
, Appl. Surf. Sci.
216
, 365
–370
(2003
).21.
J. M.
Powers
and G. A.
Somorjai
, Surf. Sci.
244
, 39
(1991
).22.
B.
Hornetz
, H.-J.
Michel
, and J.
Halbritter
, J. Mater. Res.
9
, 3088
(1994
).23.
J. G.
Li
, J. Am. Ceram. Soc.
75
, 3118
(1992
).24.
K. C.
Chang
, N. T.
Nuhfer
, L. M.
Porter
, and Q.
Wahab
, Appl. Phys. Lett.
77
, 2186
(2000
).25.
C.
Strenger
, V.
Häublein
, T.
Erlbacher
, A. J.
Bauer
, H.
Ryssel
, A. M.
Beltran
, S.
Schamm-Chardon
, V.
Mortet
, E.
Bedel-Pereira
, M.
Lefebvre
, and F.
Cristiano
, Mater. Sci. Forum
717–720
, 437
(2012
).26.
J.
Houston Dycus
, W.
Xu
, D. J.
Lichtenwalner
, B.
Hull
, J. W.
Palmour
, and J. M.
LeBeau
, Appl. Phys. Lett.
108
, 201607
(2016
).27.
G.
Gruber
, “Performance and reliability limiting point defects in SiC power devices
,” Ph.D. thesis (Technische Universität Graz
, 2016
).28.
T.
Zheleva
, A.
Lelis
, G.
Duscher
, F.
Liu
, I.
Levin
, and M.
Das
, Appl. Phys. Lett.
93
, 022108
(2008
).29.
J.
Rozen
, “Electronic properties and reliability of the SiO2/SiC interface
,” Ph.D. thesis (Vanderbilt University
, 2008
).30.
G.
Liu
, A. C.
Ahyi
, Y.
Xu
, T.
Isaacs-Smith
, Y. K.
Sharma
, J. R.
Williams
, L. C.
Feldman
, and S.
Dhar
, IEEE Electron Device Lett.
34
, 181
(2013
).31.
C.
Virojanadara
and L.
Johansson
, Surf. Sci.
472
, L145
(2001
).32.
G.
Gruber
, C.
Gspan
, E.
Fisslthaler
, M.
Dienstleder
, G.
Pobegen
, T.
Aichinger
, R.
Meszaros
, W.
Grogger
, and P.
Hadley
, Adv. Mater. Interfaces
5
, 1800022
(2018
).33.
J. M.
Knaup
, P.
Deák
, T.
Frauenheim
, A.
Gali
, Z.
Hajnal
, and W. J.
Choyke
, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
72
, 115323
(2005
).34.
H. J.
von Bardeleben
, J.
Cantin
, Y.
Shishkin
, R. P.
Devaty
, and W.
Choyke
, Mater. Sci. Forum
457–460
, 1457
(2004
).35.
P. J.
Macfarlane
and M. E.
Zvanut
, J. Appl. Phys.
88
, 4122
(2000
).36.
J. L.
Cantin
, H. J.
Von Bardeleben
, Y.
Ke
, R. P.
Devaty
, and W. J.
Choyke
, Appl. Phys. Lett.
88
, 092108
(2006
).37.
C. J.
Cochrane
and P. M.
Lenahan
, J. Magn. Reson.
195
, 17
(2008
).38.
C. J.
Cochrane
, P. M.
Lenahan
, J. P.
Campbell
, G.
Bersuker
, and A.
Neugroschel
, in Proceedings of the IEEE International Integrated Reliability Workshop Final Report
(2006
), p. 11
.39.
C. J.
Cochrane
, P. M.
Lenahan
, and A. J.
Lelis
, J. Appl. Phys.
109
, 014506
(2011
).40.
M. A.
Anders
, P. M.
Lenahan
, and A. J.
Lelis
, Appl. Phys. Lett.
109
, 142106
(2016
).41.
M.
Weger
, Bell Syst. Tech. J.
39
, 1013
(1960
).42.
J. S.
Hyde
and L.
Dalton
, Chem. Phys. Lett.
16
, 568
(1972
).43.
F.
Devynck
, A.
Alkauskas
, P.
Broqvist
, and A.
Pasquarello
, Phys. Rev. B
84
, 235320
(2011
).44.
P.
Deák
, J. M.
Knaup
, T.
Hornos
, C.
Thill
, A.
Gali
, and T.
Frauenheim
, J. Phys. D: Appl. Phys.
40
, 6242
(2007
).45.
G.
Pensl
, F.
Ciobanu
, T.
Frank
, D.
Kirmse
, M.
Krieger
, S.
Reshanov
, F.
Schmid
, M.
Weidner
, T.
Ohshima
, H.
Itoh
, and W. J.
Choyke
, Microelectron. Eng.
83
, 146
(2006
).46.
M.
Bassler
, G.
Pensl
, and V. V.
Afanas'ev
, Diamond Relat. Mater.
6
, 1472
(1997
).47.
P.
Liu
, G.
Li
, G.
Duscher
, Y. K.
Sharma
, A. C.
Ahyi
, T.
Isaacs-Smith
, J. R.
Williams
, and S.
Dhar
, J. Vac. Sci. Technol. A
32
, 060603
(2014
).48.
G.
Gruber
, J.
Cottom
, R.
Meszaros
, M.
Koch
, G.
Pobegen
, T.
Aichinger
, D.
Peters
, and P.
Hadley
, J. Appl. Phys.
123
, 161514
(2018
).49.
T.
Aichinger
and P. M.
Lenahan
, Appl. Phys. Lett.
101
, 83504
(2012
).50.
G.
Gruber
, T.
Aichinger
, G.
Pobegen
, D.
Peters
, M.
Koch
, and P.
Hadley
, Mater. Sci. Forum
858
, 643
(2016
).51.
J.
VandeVondele
, M.
Krack
, F.
Mohamed
, M.
Parrinello
, T.
Chassaing
, and J.
Hutter
, Comput. Phys. Commun.
167
, 103
(2005
).52.
J.
Heyd
, G. E.
Scuseria
, and M.
Ernzerhof
, J. Chem. Phys.
124
, 219906
(2006
).53.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).54.
K.
Burke
, F. G.
Cruz
, and K. C.
Lam
, J. Chem. Phys.
109
, 8161
(1998
).55.
J.
Hutter
, M.
Iannuzzi
, F.
Schiffmann
, and J.
Vandevondele
, Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
4
, 15
–25
(2014
).56.
J.
VandeVondele
and J.
Hutter
, J. Chem. Phys.
127
, 114105
(2007
).57.
M.
Guidon
, J.
Hutter
, and J.
VandeVondele
, J. Chem. Theory Comput.
6
, 2348
(2010
).58.
F.
Devynck
, F.
Giustino
, and A.
Pasquarello
, Microelectron. Eng.
80
, 38
(2005
).59.
F.
Devynck
, F.
Giustino
, P.
Broqvist
, and A.
Pasquarello
, Phys. Rev. B
76
, 075351
(2007
).60.
F.
Jensen
, J. Chem. Theory Comput.
2
, 1360
(2006
).61.
J.
Cottom
, G.
Gruber
, P.
Hadley
, M.
Koch
, G.
Pobegen
, T.
Aichinger
, and A. L.
Shluger
, J. Appl. Phys.
119
, 181507
(2016
).62.
J.
Cottom
, G.
Gruber
, G.
Pobegen
, T.
Aichinger
, and A. L.
Shluger
, Mater. Sci. Forum
858
, 257
(2016
).63.
S. B.
Zhang
and J. E.
Northrup
, Phys. Rev. Lett.
67
, 2339
(1991
).64.
L.
Torpo
, M.
Marlo
, T. E. M.
Staab
, and R. M.
Nieminen
, J. Phys.: Condens. Matter
13
, 6203
(2001
).65.
S.
Lany
and A.
Zunger
, Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
17
, 84002
(2009
).66.
H. J.
von Bardeleben
, J.
Cantin
, M.
Mynbaeva
, and S. E.
Saddow
, Mater. Sci. Forum
433–436
, 495
(2003
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
