Efekti SiC supstrata i epitaksijalnih materijala na karakteristike MOSFET uređaja

 

Trokutasti defekt

Trokutasti defekti su najfatalniji morfološki defekti u SiC epitaksijalnim slojevima. Veliki broj literaturnih izvještaja je pokazao da je formiranje trokutastih defekata povezano s 3C kristalnom formom. Međutim, zbog različitih mehanizama rasta, morfologija mnogih trokutastih defekata na površini epitaksijalnog sloja je prilično različita. Može se grubo podijeliti na sljedeće vrste:

 

(1) Postoje trokutasti defekti sa velikim česticama na vrhu

Ova vrsta trokutastog defekta ima veliku sfernu česticu na vrhu, što može biti uzrokovano padanjem predmeta tokom procesa rasta. Malo trouglasto područje sa hrapavom površinom može se uočiti prema dolje od ovog vrha. To je zbog činjenice da se tokom epitaksijalnog procesa, dva različita sloja 3C-SiC formiraju sukcesivno u trokutastom području, od kojih se prvi sloj stvara jezgrom na sučelju i raste kroz 4H-SiC stepenasti tok. Kako se debljina epitaksijalnog sloja povećava, drugi sloj politipa 3C nastaje i raste u manjim trokutastim jamama, ali korak rasta 4H ne pokriva u potpunosti područje 3C politipa, čineći područje žljebova u obliku slova V 3C-SiC i dalje jasno. vidljivo

0 (4)

(2) Postoje male čestice na vrhu i trokutasti defekti sa hrapavom površinom

Čestice na vrhovima ovog tipa trouglastog defekta su mnogo manje, kao što je prikazano na slici 4.2. I većina trokutaste površine je pokrivena stepenastim tokom 4H-SiC, to jest, cijeli sloj 3C-SiC je potpuno ugrađen ispod sloja 4H-SiC. Na trokutastoj površini defekta mogu se vidjeti samo koraci rasta 4H-SiC, ali su ti koraci mnogo veći od konvencionalnih koraka rasta 4H kristala.

0 (5)

(3) Trouglasti defekti sa glatkom površinom

Ovaj tip trokutastog defekta ima glatku morfologiju površine, kao što je prikazano na slici 4.3. Za takve trokutaste defekte, sloj 3C-SiC je prekriven stepenastim tokom 4H-SiC, a 4H kristalna forma na površini postaje finija i glatkija.

0 (6)

 

Defekti epitaksijalne jame

Epitaksijalne jame (Pits) su jedan od najčešćih površinskih morfoloških nedostataka, a njihova tipična površinska morfologija i strukturni obris prikazani su na slici 4.4. Lokacija korozionih jama dislokacije navoja (TD) uočene nakon KOH nagrizanja na poleđini uređaja jasno korespondira s lokacijom epitaksijalnih jama prije pripreme uređaja, što ukazuje da je formiranje defekta epitaksijalne jame povezano s dislokacijama navoja.

0 (7)

 

defekti šargarepe

Defekti šargarepe su čest površinski defekt u epitaksijalnim slojevima 4H-SiC, a njihova tipična morfologija prikazana je na slici 4.5. Izvještava se da je defekt šargarepe nastao ukrštanjem frankonskih i prizmatičnih grešaka slaganja lociranih na bazalnoj ravni spojenih stepenastim dislokacijama. Također je objavljeno da je stvaranje defekta šargarepe povezano s TSD-om u supstratu. Tsuchida H. et al. utvrdili da je gustina defekta šargarepe u epitaksijalnom sloju proporcionalna gustini TSD-a u supstratu. Upoređujući slike morfologije površine prije i nakon epitaksijalnog rasta, može se pronaći da svi uočeni defekti šargarepe odgovaraju TSD-u u supstratu. Wu H. et al. koristio je karakterizaciju testa Ramanovog raspršenja kako bi otkrio da defekti šargarepe ne sadrže 3C kristalni oblik, već samo 4H-SiC politip.

0 (8)

 

Utjecaj trokutastih defekata na karakteristike MOSFET uređaja

Slika 4.7 je histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži trokutaste defekte. Plava tačkasta linija je linija razdvajanja za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena tačkasta linija je linija razdvajanja za kvar uređaja. Za kvar uređaja veliki uticaj imaju trokutasti defekti, a stopa kvara je veća od 93%. To se uglavnom pripisuje utjecaju trokutastih defekata na karakteristike obrnutog curenja uređaja. Do 93% uređaja koji sadrže trokutaste defekte značajno su povećali obrnuto curenje. Pored toga, trokutasti defekti takođe imaju ozbiljan uticaj na karakteristike curenja kapije, sa stopom degradacije od 60%. Kao što je prikazano u Tabeli 4.2, za degradaciju praga napona i degradaciju karakteristike diode tijela, utjecaj trokutastih defekata je mali, a proporcije degradacije su 26% i 33% respektivno. U smislu izazivanja povećanja otpornosti na napon, uticaj trokutastih defekata je slab, a omjer degradacije je oko 33%.

 0

0 (2)

 

Utjecaj defekta epitaksijalne jame na karakteristike MOSFET uređaja

Slika 4.8 je histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži defekte epitaksijalne jame. Plava tačkasta linija je linija razdvajanja za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena tačkasta linija je linija razdvajanja za kvar uređaja. Iz ovoga se može vidjeti da je broj uređaja koji sadrže defekte epitaksijalne jame u uzorku SiC MOSFET-a ekvivalentan broju uređaja koji sadrže trokutaste defekte. Utjecaj defekta epitaksijalne jame na karakteristike uređaja razlikuje se od utjecaja trokutastih defekata. Što se tiče kvara uređaja, stopa kvarova uređaja koji sadrže defekte epitaksijalne jame iznosi samo 47%. U poređenju sa trokutastim defektima, uticaj defekta epitaksijalne jame na karakteristike obrnutog curenja i karakteristike propuštanja gejta uređaja značajno je oslabljen, sa omjerima degradacije od 53% i 38% respektivno, kao što je prikazano u tabeli 4.3. S druge strane, utjecaj defekta epitaksijalne jame na granične naponske karakteristike, karakteristike provodljivosti diode tijela i otpornost na uključenje veći je od utjecaja trokutnih defekata, s omjerom degradacije do 38%.

0 (1)

0 (3)

Generalno, dva morfološka defekta, odnosno trouglovi i epitaksijalne jame, imaju značajan uticaj na kvar i karakterističnu degradaciju SiC MOSFET uređaja. Najfatalnije je postojanje trokutastih defekata, sa stopom kvara od čak 93%, što se uglavnom manifestuje kao značajno povećanje obrnutog curenja uređaja. Uređaji koji sadrže defekte epitaksijalne jame imali su nižu stopu kvarova od 47%. Međutim, defekti epitaksijalne jame imaju veći utjecaj na granični napon uređaja, karakteristike provodljivosti diode tijela i otpor na uključenje nego trokutni defekti.


Vrijeme objave: Apr-16-2024
WhatsApp Online ćaskanje!