Τριγωνικό ελάττωμα
Τα τριγωνικά ελαττώματα είναι τα πιο θανατηφόρα μορφολογικά ελαττώματα στα επιταξιακά στρώματα SiC. Ένας μεγάλος αριθμός βιβλιογραφικών αναφορών έχει δείξει ότι ο σχηματισμός τριγωνικών ελαττωμάτων σχετίζεται με την κρυσταλλική μορφή 3C. Ωστόσο, λόγω διαφορετικών μηχανισμών ανάπτυξης, η μορφολογία πολλών τριγωνικών ελαττωμάτων στην επιφάνεια του επιταξιακού στρώματος είναι αρκετά διαφορετική. Μπορεί να χωριστεί χονδρικά στους ακόλουθους τύπους:
(1) Υπάρχουν τριγωνικά ελαττώματα με μεγάλα σωματίδια στην κορυφή
Αυτός ο τύπος τριγωνικού ελαττώματος έχει ένα μεγάλο σφαιρικό σωματίδιο στην κορυφή, το οποίο μπορεί να προκληθεί από πτώση αντικειμένων κατά τη διαδικασία ανάπτυξης. Μια μικρή τριγωνική περιοχή με τραχιά επιφάνεια μπορεί να παρατηρηθεί προς τα κάτω από αυτή την κορυφή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά την επιταξιακή διαδικασία, δύο διαφορετικά στρώματα 3C-SiC σχηματίζονται διαδοχικά στην τριγωνική περιοχή, από τα οποία το πρώτο στρώμα πυρηνώνεται στη διεπιφάνεια και αναπτύσσεται μέσω της ροής βήματος 4H-SiC. Καθώς το πάχος της επιταξιακής στιβάδας αυξάνεται, το δεύτερο στρώμα του πολυτύπου 3C πυρηνώνεται και αναπτύσσεται σε μικρότερα τριγωνικά κοιλώματα, αλλά το στάδιο ανάπτυξης 4Η δεν καλύπτει πλήρως την περιοχή του πολυτύπου 3C, καθιστώντας την περιοχή αυλάκωσης σχήματος V του 3C-SiC ακόμα καθαρά ορατός
(2) Υπάρχουν μικρά σωματίδια στην κορυφή και τριγωνικά ελαττώματα με τραχιά επιφάνεια
Τα σωματίδια στις κορυφές αυτού του τύπου τριγωνικού ελαττώματος είναι πολύ μικρότερα, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.2. Και το μεγαλύτερο μέρος της τριγωνικής περιοχής καλύπτεται από τη βαθμιδωτή ροή του 4H-SiC, δηλαδή ολόκληρο το στρώμα 3C-SiC είναι πλήρως ενσωματωμένο κάτω από το στρώμα 4H-SiC. Μόνο τα βήματα ανάπτυξης του 4H-SiC μπορούν να φανούν στην τριγωνική επιφάνεια ελαττώματος, αλλά αυτά τα βήματα είναι πολύ μεγαλύτερα από τα συμβατικά στάδια ανάπτυξης κρυστάλλων 4Η.
(3) Τριγωνικά ελαττώματα με λεία επιφάνεια
Αυτός ο τύπος τριγωνικού ελαττώματος έχει μορφολογία λείας επιφάνειας, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.3. Για τέτοια τριγωνικά ελαττώματα, το στρώμα 3C-SiC καλύπτεται από τη βηματική ροή του 4H-SiC και η κρυσταλλική μορφή 4Η στην επιφάνεια γίνεται λεπτότερη και λεία.
Ελαττώματα επιταξιακού κοιλώματος
Οι επιταξιακές κοιλότητες (Pits) είναι ένα από τα πιο κοινά μορφολογικά ελαττώματα της επιφάνειας και η τυπική μορφολογία της επιφάνειας και το δομικό τους περίγραμμα φαίνονται στο Σχήμα 4.4. Η θέση των διαβρωτικών κοιλοτήτων με εξάρθρωση σπειρώματος (TD) που παρατηρήθηκε μετά τη χάραξη ΚΟΗ στο πίσω μέρος της συσκευής έχει σαφή αντιστοιχία με τη θέση των επιταξιακών κοιλοτήτων πριν από την προετοιμασία της συσκευής, υποδεικνύοντας ότι ο σχηματισμός ελαττωμάτων επιταξιακού κοιλώματος σχετίζεται με εξαρθρήματα σπειρώματος.
ελαττώματα καρότου
Τα ελαττώματα καρότου είναι ένα κοινό επιφανειακό ελάττωμα στα επιταξιακά στρώματα 4H-SiC και η τυπική μορφολογία τους φαίνεται στο Σχήμα 4.5. Το ελάττωμα καρότου αναφέρεται ότι σχηματίζεται από τη διασταύρωση φραγκονικών και πρισματικών ρηγμάτων στοίβαξης που βρίσκονται στο βασικό επίπεδο που συνδέονται με εξαρθρήματα που μοιάζουν με βαθμίδες. Έχει επίσης αναφερθεί ότι ο σχηματισμός ελαττωμάτων καρότου σχετίζεται με TSD στο υπόστρωμα. Tsuchida Η. et al. διαπιστώθηκε ότι η πυκνότητα των ελαττωμάτων καρότου στο επιταξιακό στρώμα είναι ανάλογη με την πυκνότητα του TSD στο υπόστρωμα. Και συγκρίνοντας τις εικόνες μορφολογίας της επιφάνειας πριν και μετά την επιταξιακή ανάπτυξη, όλα τα παρατηρούμενα ελαττώματα καρότου μπορούν να βρεθούν ότι αντιστοιχούν στην TSD στο υπόστρωμα. Wu Η. et al. χρησιμοποίησε τον χαρακτηρισμό δοκιμής σκέδασης Raman για να διαπιστώσει ότι τα ελαττώματα καρότου δεν περιείχαν την κρυσταλλική μορφή 3C, αλλά μόνο τον πολύτυπο 4H-SiC.
Επίδραση τριγωνικών ελαττωμάτων στα χαρακτηριστικά της συσκευής MOSFET
Το σχήμα 4.7 είναι ένα ιστόγραμμα της στατιστικής κατανομής πέντε χαρακτηριστικών μιας συσκευής που περιέχει τριγωνικά ελαττώματα. Η μπλε διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την υποβάθμιση χαρακτηριστικών της συσκευής και η κόκκινη διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την αστοχία της συσκευής. Για την αστοχία της συσκευής, τα τριγωνικά ελαττώματα έχουν μεγάλο αντίκτυπο και το ποσοστό αποτυχίας είναι μεγαλύτερο από 93%. Αυτό αποδίδεται κυρίως στην επίδραση τριγωνικών ελαττωμάτων στα χαρακτηριστικά αντίστροφης διαρροής των συσκευών. Έως και το 93% των συσκευών που περιέχουν τριγωνικά ελαττώματα έχουν σημαντικά αυξημένη αντίστροφη διαρροή. Επιπλέον, τα τριγωνικά ελαττώματα έχουν επίσης σοβαρό αντίκτυπο στα χαρακτηριστικά διαρροής της πύλης, με ποσοστό υποβάθμισης 60%. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.2, για την υποβάθμιση της τάσης κατωφλίου και την χαρακτηριστική υποβάθμιση της διόδου του σώματος, η επίδραση των τριγωνικών ελαττωμάτων είναι μικρή και οι αναλογίες υποβάθμισης είναι 26% και 33% αντίστοιχα. Όσον αφορά την πρόκληση αύξησης της αντίστασης επί της αντίστασης, η επίδραση των τριγωνικών ελαττωμάτων είναι ασθενής και ο λόγος υποβάθμισης είναι περίπου 33%.
Επίδραση των ελαττωμάτων επιταξιακής κοιλότητας στα χαρακτηριστικά της συσκευής MOSFET
Το σχήμα 4.8 είναι ένα ιστόγραμμα της στατιστικής κατανομής πέντε χαρακτηριστικών μιας συσκευής που περιέχει επιταξιακά ελαττώματα κοιλότητας. Η μπλε διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την υποβάθμιση χαρακτηριστικών της συσκευής και η κόκκινη διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την αστοχία της συσκευής. Μπορεί να φανεί από αυτό ότι ο αριθμός των συσκευών που περιέχουν ελαττώματα επιταξιακής κοιλότητας στο δείγμα SiC MOSFET είναι ισοδύναμος με τον αριθμό των συσκευών που περιέχουν τριγωνικά ελαττώματα. Η επίδραση των ελαττωμάτων επιταξιακής κοιλότητας στα χαρακτηριστικά της συσκευής είναι διαφορετική από αυτή των τριγωνικών ελαττωμάτων. Όσον αφορά την αστοχία της συσκευής, το ποσοστό αστοχίας συσκευών που περιέχουν επιταξιακά ελαττώματα κοιλότητας είναι μόνο 47%. Σε σύγκριση με τα τριγωνικά ελαττώματα, η επίδραση των ελαττωμάτων επιταξιακής κοιλότητας στα χαρακτηριστικά αντίστροφης διαρροής και στα χαρακτηριστικά διαρροής πύλης της συσκευής είναι σημαντικά εξασθενημένη, με αναλογίες υποβάθμισης 53% και 38% αντίστοιχα, όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.3. Από την άλλη πλευρά, ο αντίκτυπος των ελαττωμάτων επιταξιακού λάκκου στα χαρακτηριστικά της τάσης κατωφλίου, στα χαρακτηριστικά αγωγιμότητας της διόδου του σώματος και στην αντίσταση είναι μεγαλύτερη από αυτή των τριγωνικών ελαττωμάτων, με το ποσοστό υποβάθμισης να φτάνει το 38%.
Γενικά, δύο μορφολογικά ελαττώματα, δηλαδή τα τρίγωνα και οι επιταξιακές κοιλότητες, έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην αστοχία και τη χαρακτηριστική υποβάθμιση των συσκευών SiC MOSFET. Η ύπαρξη τριγωνικών ελαττωμάτων είναι η πιο θανατηφόρα, με ποσοστό αστοχίας που φτάνει το 93%, που εκδηλώνεται κυρίως ως σημαντική αύξηση της αντίστροφης διαρροής της συσκευής. Οι συσκευές που περιείχαν ελαττώματα επιταξιακής κοιλότητας είχαν χαμηλότερο ποσοστό αστοχίας 47%. Ωστόσο, τα ελαττώματα της επιταξιακής κοιλότητας έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην τάση κατωφλίου της συσκευής, στα χαρακτηριστικά αγωγιμότητας της διόδου του σώματος και στην αντίσταση σε σχέση με τα τριγωνικά ελαττώματα.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-16-2024