Trojúhelníková vada
Trojúhelníkové defekty jsou nejfatálnějšími morfologickými defekty v epitaxních vrstvách SiC. Velké množství literárních zpráv ukazuje, že tvorba trojúhelníkových defektů souvisí s krystalickou formou 3C. V důsledku různých růstových mechanismů je však morfologie mnoha trojúhelníkových defektů na povrchu epitaxní vrstvy zcela odlišná. Dá se zhruba rozdělit do následujících typů:
(1) Existují trojúhelníkové defekty s velkými částicemi nahoře
Tento typ trojúhelníkového defektu má nahoře velkou kulovou částici, která může být způsobena padajícími předměty během procesu růstu. Směrem dolů z tohoto vrcholu lze pozorovat malou trojúhelníkovou oblast s drsným povrchem. To je způsobeno skutečností, že během epitaxního procesu se v trojúhelníkové oblasti postupně vytvoří dvě různé vrstvy 3C-SiC, z nichž první vrstva je nukleována na rozhraní a roste prostřednictvím krokového toku 4H-SiC. Jak se tloušťka epitaxní vrstvy zvyšuje, druhá vrstva 3C polytypu nukleuje a roste v menších trojúhelníkových jamkách, ale růstový krok 4H zcela nepokrývá oblast 3C polytypu, takže oblast drážky ve tvaru V u 3C-SiC je stále zřetelná. viditelné
(2) Nahoře jsou malé částice a trojúhelníkové defekty s drsným povrchem
Částice ve vrcholech tohoto typu trojúhelníkového defektu jsou mnohem menší, jak ukazuje obrázek 4.2. A většina trojúhelníkové oblasti je pokryta stupňovitým tokem 4H-SiC, to znamená, že celá vrstva 3C-SiC je zcela zapuštěna pod vrstvou 4H-SiC. Na povrchu trojúhelníkového defektu lze vidět pouze kroky růstu 4H-SiC, ale tyto kroky jsou mnohem větší než běžné kroky růstu krystalů 4H.
(3) Trojúhelníkové defekty s hladkým povrchem
Tento typ trojúhelníkového defektu má hladkou povrchovou morfologii, jak je znázorněno na obrázku 4.3. U takových trojúhelníkových defektů je vrstva 3C-SiC pokryta stupňovitým tokem 4H-SiC a krystalická forma 4H na povrchu je jemnější a hladší.
Epitaxní jamkové defekty
Epitaxní jamky (Pits) jsou jedním z nejčastějších defektů povrchové morfologie a jejich typická povrchová morfologie a strukturní obrys jsou znázorněny na obrázku 4.4. Umístění korozních důlků závitové dislokace (TD) pozorované po leptání KOH na zadní straně zařízení jasně koresponduje s umístěním epitaxních důlků před přípravou zařízení, což naznačuje, že tvorba defektů epitaxních důlků souvisí s dislokacemi závitů.
vady mrkve
Mrkvové defekty jsou běžným povrchovým defektem v 4H-SiC epitaxních vrstvách a jejich typická morfologie je znázorněna na obrázku 4.5. Uvádí se, že defekt mrkve je tvořen průsečíkem franckých a prizmatických stohovacích poruch umístěných na bazální rovině spojených stupňovitými dislokacemi. Bylo také uvedeno, že tvorba defektů mrkve souvisí s TSD v substrátu. Tsuchida H. a kol. zjistili, že hustota defektů mrkve v epitaxní vrstvě je úměrná hustotě TSD v substrátu. A porovnáním obrazů povrchové morfologie před a po epitaxním růstu lze zjistit, že všechny pozorované defekty mrkve odpovídají TSD v substrátu. Wu H. a kol. použili charakterizaci testu Ramanova rozptylu ke zjištění, že defekty mrkve neobsahovaly krystalovou formu 3C, ale pouze polytyp 4H-SiC.
Vliv trojúhelníkových defektů na vlastnosti MOSFET zařízení
Obrázek 4.7 je histogram statistického rozložení pěti charakteristik zařízení obsahujícího trojúhelníkové defekty. Modrá tečkovaná čára je dělicí čára pro degradaci charakteristiky zařízení a červená tečkovaná čára je dělicí čára pro poruchu zařízení. Na selhání zařízení mají velký vliv trojúhelníkové defekty a poruchovost je vyšší než 93 %. To je připisováno především vlivu trojúhelníkových defektů na zpětné únikové charakteristiky zařízení. Až 93 % zařízení obsahujících trojúhelníkové vady má výrazně zvýšený zpětný únik. Kromě toho mají trojúhelníkové defekty také vážný dopad na charakteristiky netěsnosti hradla s mírou degradace 60 %. Jak je uvedeno v tabulce 4.2, pro degradaci prahového napětí a degradaci charakteristiky diody v těle je dopad trojúhelníkových defektů malý a podíly degradace jsou 26 % a 33 %. Pokud jde o způsobení zvýšení odporu, dopad trojúhelníkových defektů je slabý a poměr degradace je asi 33 %.
Vliv epitaxních pit defektů na vlastnosti MOSFET zařízení
Obrázek 4.8 je histogram statistického rozložení pěti charakteristik zařízení obsahujícího defekty epitaxních jamek. Modrá tečkovaná čára je dělicí čára pro degradaci charakteristiky zařízení a červená tečkovaná čára je dělicí čára pro poruchu zařízení. Z toho je vidět, že počet zařízení obsahujících epitaxní jamkové defekty ve vzorku SiC MOSFET je ekvivalentní počtu zařízení obsahujících trojúhelníkové defekty. Vliv defektů epitaxních jamek na charakteristiky zařízení je jiný než dopad trojúhelníkových defektů. Pokud jde o selhání zařízení, poruchovost zařízení obsahujících defekty epitaxních jamek je pouze 47 %. Ve srovnání s trojúhelníkovými defekty je dopad defektů epitaxních jamek na charakteristiky zpětného úniku a charakteristiky úniku hradla zařízení výrazně oslaben, s poměry degradace 53 % a 38 %, jak ukazuje tabulka 4.3. Na druhé straně je dopad epitaxních defektů na prahové napětí, vodivostní charakteristiku tělesných diod a na odpor větší než u trojúhelníkových defektů, přičemž poměr degradace dosahuje 38 %.
Obecně platí, že dva morfologické defekty, a to trojúhelníky a epitaxní jamky, mají významný vliv na selhání a charakteristickou degradaci SiC MOSFET zařízení. Existence trojúhelníkových defektů je nejfatálnější, s poruchovostí až 93 %, projevující se především výrazným zvýšením zpětného úniku zařízení. Zařízení obsahující defekty epitaxních jamek měla nižší poruchovost, a to 47 %. Defekty epitaxních jamek však mají větší dopad na prahové napětí zařízení, vodivostní charakteristiku diody v těle a odpor než trojúhelníkové defekty.
Čas odeslání: 16. dubna 2024