Триъгълен дефект
Триъгълните дефекти са най-фаталните морфологични дефекти в епитаксиалните слоеве SiC. Голям брой литературни доклади показват, че образуването на триъгълни дефекти е свързано с кристалната форма 3C. Въпреки това, поради различни механизми на растеж, морфологията на много триъгълни дефекти на повърхността на епитаксиалния слой е доста различна. Може грубо да се раздели на следните видове:
(1) Има триъгълни дефекти с големи частици в горната част
Този тип триъгълен дефект има голяма сферична частица в горната част, която може да бъде причинена от падащи предмети по време на процеса на растеж. Надолу от този връх може да се наблюдава малка триъгълна област с грапава повърхност. Това се дължи на факта, че по време на епитаксиалния процес два различни слоя 3C-SiC се образуват последователно в триъгълната област, от които първият слой се заражда на интерфейса и расте през стъпковия поток 4H-SiC. Тъй като дебелината на епитаксиалния слой се увеличава, вторият слой от 3C политип се заражда и расте в по-малки триъгълни вдлъбнатини, но стъпката на растеж на 4H не покрива напълно зоната на 3C политип, което прави V-образната зона на жлеб на 3C-SiC все още ясно видими
(2) Има малки частици в горната част и триъгълни дефекти с грапава повърхност
Частиците във върховете на този тип триъгълен дефект са много по-малки, както е показано на фигура 4.2. И по-голямата част от триъгълната област е покрита от стъпковия поток на 4H-SiC, тоест целият слой 3C-SiC е напълно вграден под слоя 4H-SiC. Само стъпките на растеж на 4H-SiC могат да се видят на повърхността на триъгълния дефект, но тези стъпки са много по-големи от конвенционалните стъпки на растеж на 4H кристали.
(3) Триъгълни дефекти с гладка повърхност
Този тип триъгълен дефект има морфология на гладка повърхност, както е показано на фигура 4.3. За такива триъгълни дефекти, слоят 3C-SiC се покрива от стъпаловиден поток от 4H-SiC и 4H кристалната форма на повърхността става по-фина и по-гладка.
Епитаксиални ямкови дефекти
Епитаксиалните вдлъбнатини (Ямки) са едни от най-честите повърхностни морфологични дефекти и тяхната типична повърхностна морфология и структурно очертание са показани на Фигура 4.4. Местоположението на корозионните вдлъбнатини на резбовата дислокация (TD), наблюдавани след KOH ецване на гърба на устройството, има ясно съответствие с местоположението на епитаксиалните вдлъбнатини преди подготовката на устройството, което показва, че образуването на епитаксиални вдлъбнатини е свързано с резбови дислокации.
дефекти на морковите
Дефектите на моркова са често срещан повърхностен дефект в епитаксиалните слоеве 4H-SiC и тяхната типична морфология е показана на фигура 4.5. Съобщава се, че дефектът на моркова се образува от пресичането на дефекти на франконско и призматично подреждане, разположени в базалната равнина, свързани със стъпаловидни дислокации. Също така беше съобщено, че образуването на дефекти в морковите е свързано с TSD в субстрата. Tsuchida H. и др. установи, че плътността на дефектите на морковите в епитаксиалния слой е пропорционална на плътността на TSD в субстрата. И чрез сравняване на изображенията на повърхностната морфология преди и след епитаксиален растеж, може да се установи, че всички наблюдавани дефекти на моркови съответстват на TSD в субстрата. Wu H. et al. използваха характеристика на теста за раманово разсейване, за да открият, че дефектите на моркова не съдържат 3C кристална форма, а само 4H-SiC политип.
Влияние на триъгълните дефекти върху характеристиките на MOSFET устройството
Фигура 4.7 е хистограма на статистическото разпределение на пет характеристики на устройство, съдържащо триъгълни дефекти. Синята пунктирана линия е разделителната линия за влошаване на характеристиките на устройството, а червената пунктирана линия е разделителната линия за повреда на устройството. За повреда на устройството триъгълните дефекти имат голямо влияние и процентът на повреда е по-голям от 93%. Това се дължи главно на влиянието на триъгълните дефекти върху характеристиките на обратното изтичане на устройствата. До 93% от устройствата, съдържащи триъгълни дефекти, имат значително увеличено обратно изтичане. В допълнение, триъгълните дефекти също оказват сериозно влияние върху характеристиките на утечката на затвора, със степен на влошаване от 60%. Както е показано в таблица 4.2, за влошаване на праговото напрежение и влошаване на характеристиката на корпусния диод, въздействието на триъгълните дефекти е малко и пропорциите на влошаване са съответно 26% и 33%. По отношение на причиняването на увеличаване на съпротивлението при включване, въздействието на триъгълните дефекти е слабо и коефициентът на разграждане е около 33%.
Ефект на епитаксиалните ямкови дефекти върху характеристиките на MOSFET устройството
Фигура 4.8 е хистограма на статистическото разпределение на пет характеристики на устройство, съдържащо епитаксиални ямкови дефекти. Синята пунктирана линия е разделителната линия за влошаване на характеристиките на устройството, а червената пунктирана линия е разделителната линия за повреда на устройството. От това може да се види, че броят на устройствата, съдържащи епитаксиални ямкови дефекти в пробата на SiC MOSFET, е еквивалентен на броя на устройствата, съдържащи триъгълни дефекти. Въздействието на епитаксиалните ямкови дефекти върху характеристиките на устройството е различно от това на триъгълните дефекти. По отношение на повредата на устройството, процентът на повреда на устройствата, съдържащи епитаксиални ямкови дефекти, е само 47%. В сравнение с триъгълните дефекти, въздействието на дефектите на епитаксиалните вдлъбнатини върху характеристиките на обратното изтичане и характеристиките на изтичане на затвора на устройството е значително отслабено, със съотношения на разграждане съответно 53% и 38%, както е показано в таблица 4.3. От друга страна, въздействието на епитаксиалните ямкови дефекти върху характеристиките на праговото напрежение, характеристиките на проводимостта на телесния диод и съпротивлението при включване е по-голямо от това на триъгълните дефекти, като коефициентът на разграждане достига 38%.
Като цяло, два морфологични дефекта, а именно триъгълници и епитаксиални ями, оказват значително влияние върху повредата и характерната деградация на SiC MOSFET устройства. Наличието на триъгълни дефекти е най-фаталното, с процент на повреда до 93%, проявяващ се главно като значително увеличение на обратното изтичане на устройството. Устройствата, съдържащи епитаксиални ямкови дефекти, имат по-нисък процент на отказ от 47%. Въпреки това, епитаксиалните ямкови дефекти имат по-голямо влияние върху праговото напрежение на устройството, характеристиките на проводимостта на телесния диод и съпротивлението при включване, отколкото триъгълните дефекти.
Време на публикуване: 16 април 2024 г