defecto triangular
Los defectos triangulares son los defectos morfológicos más fatales en las capas epitaxiales de SiC. Una gran cantidad de informes bibliográficos han demostrado que la formación de defectos triangulares está relacionada con la forma del cristal 3C. Sin embargo, debido a los diferentes mecanismos de crecimiento, la morfología de muchos defectos triangulares en la superficie de la capa epitaxial es bastante diferente. Se puede dividir a grandes rasgos en los siguientes tipos:
(1) Hay defectos triangulares con partículas grandes en la parte superior.
Este tipo de defecto triangular tiene una gran partícula esférica en la parte superior, que puede ser causada por la caída de objetos durante el proceso de crecimiento. Desde este vértice se puede observar una pequeña zona triangular con una superficie rugosa hacia abajo. Esto se debe a que durante el proceso epitaxial se forman sucesivamente dos capas diferentes de 3C-SiC en el área triangular, de las cuales la primera capa se nuclea en la interfaz y crece a través del flujo escalonado de 4H-SiC. A medida que aumenta el grosor de la capa epitaxial, la segunda capa de politipo 3C se nuclea y crece en hoyos triangulares más pequeños, pero el paso de crecimiento de 4H no cubre completamente el área del politipo 3C, lo que hace que el área de surco en forma de V de 3C-SiC siga siendo claramente visible. visible
(2) Hay pequeñas partículas en la parte superior y defectos triangulares con superficie rugosa.
Las partículas en los vértices de este tipo de defecto triangular son mucho más pequeñas, como se muestra en la Figura 4.2. Y la mayor parte del área triangular está cubierta por el flujo escalonado de 4H-SiC, es decir, toda la capa de 3C-SiC está completamente incrustada debajo de la capa de 4H-SiC. Solo se pueden ver los pasos de crecimiento de 4H-SiC en la superficie del defecto triangular, pero estos pasos son mucho más grandes que los pasos de crecimiento de cristales de 4H convencionales.
(3) Defectos triangulares con superficie lisa.
Este tipo de defecto triangular tiene una morfología de superficie lisa, como se muestra en la Figura 4.3. Para tales defectos triangulares, la capa de 3C-SiC está cubierta por el flujo escalonado de 4H-SiC, y la forma del cristal de 4H en la superficie se vuelve más fina y suave.
Defectos de fosa epitaxial
Las fosas epitaxiales (Pits) son uno de los defectos de morfología superficial más comunes, y su morfología superficial típica y su esquema estructural se muestran en la Figura 4.4. La ubicación de las picaduras de corrosión por dislocación de roscas (TD) observadas después del grabado con KOH en la parte posterior del dispositivo tiene una clara correspondencia con la ubicación de las picaduras epitaxiales antes de la preparación del dispositivo, lo que indica que la formación de defectos de picaduras epitaxiales está relacionada con dislocaciones de roscas.
defectos de zanahoria
Los defectos de zanahoria son un defecto superficial común en las capas epitaxiales de 4H-SiC y su morfología típica se muestra en la Figura 4.5. Se informa que el defecto de la zanahoria está formado por la intersección de fallas de apilamiento prismáticas y de Franconia ubicadas en el plano basal conectadas por dislocaciones escalonadas. También se ha reportado que la formación de defectos en zanahorias está relacionada con TSD en el sustrato. Tsuchida H. et al. encontraron que la densidad de los defectos de la zanahoria en la capa epitaxial es proporcional a la densidad de TSD en el sustrato. Y al comparar las imágenes de morfología de la superficie antes y después del crecimiento epitaxial, se puede encontrar que todos los defectos observados en la zanahoria corresponden al TSD en el sustrato. Wu H. et al. utilizaron la caracterización de la prueba de dispersión Raman para encontrar que los defectos de la zanahoria no contenían la forma cristalina 3C, sino solo el politipo 4H-SiC.
Efecto de los defectos triangulares en las características del dispositivo MOSFET.
La figura 4.7 es un histograma de la distribución estadística de cinco características de un dispositivo que contiene defectos triangulares. La línea de puntos azul es la línea divisoria de la degradación de las características del dispositivo y la línea de puntos roja es la línea divisoria de la falla del dispositivo. Para las fallas del dispositivo, los defectos triangulares tienen un gran impacto y la tasa de falla es superior al 93%. Esto se atribuye principalmente a la influencia de los defectos triangulares en las características de fuga inversa de los dispositivos. Hasta el 93% de los dispositivos que contienen defectos triangulares han aumentado significativamente la fuga inversa. Además, los defectos triangulares también tienen un grave impacto en las características de fuga de la compuerta, con una tasa de degradación del 60%. Como se muestra en la Tabla 4.2, para la degradación del voltaje umbral y la degradación característica del diodo del cuerpo, el impacto de los defectos triangulares es pequeño y las proporciones de degradación son del 26% y el 33% respectivamente. En términos de provocar un aumento en la resistencia, el impacto de los defectos triangulares es débil y la tasa de degradación es de aproximadamente el 33%.
Efecto de los defectos de la fosa epitaxial en las características del dispositivo MOSFET
La figura 4.8 es un histograma de la distribución estadística de cinco características de un dispositivo que contiene defectos de fosa epitaxial. La línea de puntos azul es la línea divisoria de la degradación de las características del dispositivo y la línea de puntos roja es la línea divisoria de la falla del dispositivo. De esto se puede ver que la cantidad de dispositivos que contienen defectos de fosa epitaxial en la muestra de MOSFET de SiC es equivalente a la cantidad de dispositivos que contienen defectos triangulares. El impacto de los defectos de la fosa epitaxial en las características del dispositivo es diferente al de los defectos triangulares. En términos de falla del dispositivo, la tasa de falla de los dispositivos que contienen defectos de fosa epitaxial es solo del 47%. En comparación con los defectos triangulares, el impacto de los defectos de fosa epitaxial en las características de fuga inversa y de fuga de compuerta del dispositivo se debilita significativamente, con índices de degradación del 53 % y 38 % respectivamente, como se muestra en la Tabla 4.3. Por otro lado, el impacto de los defectos de picadura epitaxial en las características de voltaje umbral, las características de conducción del diodo del cuerpo y la resistencia es mayor que el de los defectos triangulares, con una tasa de degradación que alcanza el 38%.
En general, dos defectos morfológicos, a saber, los triángulos y las fosas epitaxiales, tienen un impacto significativo en la falla y la degradación característica de los dispositivos MOSFET de SiC. La existencia de defectos triangulares es la más fatal, con una tasa de falla de hasta el 93%, que se manifiesta principalmente como un aumento significativo en la fuga inversa del dispositivo. Los dispositivos que contienen defectos de fosa epitaxial tuvieron una tasa de falla más baja, del 47%. Sin embargo, los defectos de las fosas epitaxiales tienen un mayor impacto en el voltaje umbral del dispositivo, las características de conducción del diodo del cuerpo y la resistencia que los defectos triangulares.
Hora de publicación: 16 de abril de 2024