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Main Title: Extended defects in PVT-grown AlN
Translated Title: Ausgedehnte Defekte in physikalisch-gasphasenabgeschiedenen AlN
Author(s): Langhans, Frank
Advisor(s): Bickermann, Matthias
Referee(s): Bickermann, Matthias
Wellmann, Peter
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The possibility of industrial fabrication of devices based on aluminium nitride bulk crystals is on the one hand limited by the small diameter of state of the art bulk crystals and on the other hand by the occurrence of various detrimental defects like dislocations and voids. This Ph.D. thesis investigates the generation, propagation and interaction processes of two defect types (precipitates and dislocations), which were observed in AlN bulk crystals grown by the physical vapour transport method. With help of the laser scattering tomography method, the macroscopic distribution of precipitates was studied and it was found out that the precipitates mainly occur in the bulk volume of the crystals decorating dislocations, and at the growth interface between seed and new grown crystal. Structural analysis studies with a transmission electron microscope allowed, under consideration of Moiré patterns, the determination of the lattice constants of the precipitates. Those were compared, depending on the chemical composition of growth reactor parts and various EDX- and WDX measurements of the precipitates, with potentially appearing second phases. Based on thermodynamical calculations a transport and formation model involving metal oxides was developed. The occurrence of the precipitates was used, in addition to other analytical methods, for the investigation of propagation and interaction processes of dislocations. Several slip planes and cross slip processes were observed. The latter were utilised to calculate the Burgers vector of dislocations. Furthermore, X-ray topography combined with defect-selective etching investigations allowed the analysis of the distribution of dislocation types. These were correlated to simulations of the thermal gradients and thermally induced stress. Furthermore, it is shown that the increased surface roughness of the seed contributes to the high dislocation densities at the seed-crystal interface.
Die Möglichkeit der industriellen Fertigung von Bauelementen basierend auf Aluminiumnitrid-Volumenkristallen wird zum Einen begrenzt durch den geringen Durchmesser aktueller Volumenkristalle und zum Anderen durch das Auftreten verschiedener kritischer Defekte wie Versetzungen oder Hohlräume. Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit Entstehungs-, Bewegungs- und Interaktionsprozessen von zwei Defektarten (Präzipitaten und Versetzungen), welche hauptsächlich bei AlN-Volumenkristallen gefunden wurden, die mittels physikalischer Gasphasenabscheidung gezüchtet wurden. Mithilfe der Streulichttomographiemethode wurde die makroskopische Verteilung der Präzipitate untersucht. Diese konzentrierten sich hauptsächlich an den Versetzungen im Kristallvolumen sowie an der Grenzschicht zwischen Keim und neugewachsenem Kristall. Strukturelle Analysen mittels transmissionenelektronenmikroskopischer Untersuchungen erlaubten durch die Auswertung von Moiré-Mustern die Bestimmung der Gitterparameter der Präzipitate. Diese wurden, unter Berücksichtung der chemischen Zusammensetzung der Reaktorkomponenten und mehrerer EDS- und WDS-Messungen an den Präzipitaten, mit möglichen auftretenden Phasen verglichen. Unter Einbeziehung thermodynamischer Berechnungen wurde ein Transport- sowie Entstehungsmodell basierend auf Metalloxiden entwickelt. Die räumliche Verteilung der Präzipitate wurde zusammen mit anderen Analysemethoden genutzt um Bewegungs- und Interaktionsprozesse von Versetzungen zu analysieren. Dabei zeigte sich, dass verschiedene Gleitebenen sowie Quergleitprozesse eine Rolle spielen. Letztere wurden ebenfalls benutzt um Burgersvektoren zu analysieren. Zusätzlich halfen Röntgentopographie und defektselektives Ätzen beim Auswerten der Versetzungstypenverteilung. Diese wurde mit Simulationen von Temperaturgradienten und darausfolgenden thermomechanischen Spannungen verglichen. Des Weiteren konnten die hohen Versetzungsdichten im Keimanwachsbereich auf die erhöhte Oberflächenrauigkeit des Keims zurückgeführt werden.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6057
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5638
Exam Date: 24-May-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 19-Dec-2016
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Subject(s): semiconductor
defects
dislocations
precipitates
AlN
Halbleiter
Defekte
Versetzungen
Ausscheidungen
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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