Defecto triangular
Os defectos triangulares son os defectos morfolóxicos máis mortais nas capas epitaxiais de SiC. Un gran número de informes da literatura demostraron que a formación de defectos triangulares está relacionada coa forma cristalina 3C. Non obstante, debido aos diferentes mecanismos de crecemento, a morfoloxía de moitos defectos triangulares na superficie da capa epitaxial é bastante diferente. Pódese dividir aproximadamente nos seguintes tipos:
(1) Hai defectos triangulares con partículas grandes na parte superior
Este tipo de defecto triangular ten unha gran partícula esférica na parte superior, que pode ser causada pola caída de obxectos durante o proceso de crecemento. Desde este vértice pódese observar unha pequena área triangular cunha superficie rugosa cara abaixo. Isto débese a que durante o proceso epitaxial fórmanse sucesivamente dúas capas de 3C-SiC diferentes na zona triangular, das cales a primeira capa se nuclea na interface e crece a través do fluxo escalonado de 4H-SiC. A medida que aumenta o grosor da capa epitaxial, a segunda capa do politipo 3C nuclea e crece en pozos triangulares máis pequenos, pero o paso de crecemento 4H non cubre completamente a área do politipo 3C, facendo que a área do suco en forma de V do 3C-SiC aínda sexa claramente visible. visible
(2) Hai pequenas partículas na parte superior e defectos triangulares con superficie rugosa
As partículas nos vértices deste tipo de defecto triangular son moito máis pequenas, como se mostra na figura 4.2. E a maior parte da área triangular está cuberta polo fluxo escalonado de 4H-SiC, é dicir, toda a capa de 3C-SiC está completamente incrustada baixo a capa de 4H-SiC. Só os pasos de crecemento de 4H-SiC poden verse na superficie do defecto triangular, pero estes pasos son moito máis grandes que os pasos de crecemento de cristais 4H convencionais.
(3) Defectos triangulares con superficie lisa
Este tipo de defecto triangular ten unha morfoloxía superficial lisa, como se mostra na figura 4.3. Para tales defectos triangulares, a capa de 3C-SiC está cuberta polo fluxo escalonado de 4H-SiC, e a forma de cristal 4H na superficie faise máis fina e suave.
Defectos epitaxiais
As fosas epitaxiais (Pits) son un dos defectos de morfoloxía superficial máis comúns, e a súa morfoloxía superficial típica e o seu contorno estrutural móstranse na figura 4.4. A localización dos pozos de corrosión de luxación de rosca (TD) observados despois do gravado KOH na parte traseira do dispositivo ten unha clara correspondencia coa localización dos pozos epitaxiais antes da preparación do dispositivo, o que indica que a formación de defectos de pozo epitaxial está relacionada coas dislocacións de rosca.
defectos da cenoria
Os defectos da cenoria son un defecto superficial común nas capas epitaxiais de 4H-SiC, e a súa morfoloxía típica móstrase na figura 4.5. O defecto da cenoria está formado pola intersección de fallas de apilado de Franconia e prismáticas situadas no plano basal conectados por luxacións escalonadas. Tamén se informou de que a formación de defectos da cenoria está relacionada coa TSD no substrato. Tsuchida H. et al. descubriu que a densidade dos defectos da cenoria na capa epitaxial é proporcional á densidade de TSD no substrato. E comparando as imaxes da morfoloxía da superficie antes e despois do crecemento epitaxial, pódese atopar que todos os defectos observados da cenoria corresponden ao TSD no substrato. Wu H. et al. utilizou a caracterización da proba de dispersión Raman para descubrir que os defectos da cenoria non contiñan a forma cristalina 3C, senón só o politipo 4H-SiC.
Efecto dos defectos triangulares nas características do dispositivo MOSFET
A figura 4.7 é un histograma da distribución estatística de cinco características dun dispositivo que contén defectos triangulares. A liña de puntos azul é a liña divisoria para a degradación das características do dispositivo, e a liña de puntos vermella é a liña divisoria para a falla do dispositivo. Para a falla do dispositivo, os defectos triangulares teñen un gran impacto e a taxa de fallo é superior ao 93%. Isto atribúese principalmente á influencia dos defectos triangulares nas características de fuga inversa dos dispositivos. Ata o 93 % dos dispositivos que conteñen defectos triangulares aumentaron significativamente a fuga inversa. Ademais, os defectos triangulares tamén teñen un grave impacto nas características de fuga da porta, cunha taxa de degradación do 60%. Como se mostra na táboa 4.2, para a degradación da tensión de limiar e a degradación da característica do díodo do corpo, o impacto dos defectos triangulares é pequeno e as proporcións de degradación son do 26% e do 33% respectivamente. En termos de provocar un aumento da resistencia á activación, o impacto dos defectos triangulares é débil e a relación de degradación é de aproximadamente o 33%.
Efecto dos defectos do foso epitaxial sobre as características do dispositivo MOSFET
A figura 4.8 é un histograma da distribución estatística de cinco características dun dispositivo que contén defectos epitaxiais. A liña de puntos azul é a liña divisoria para a degradación das características do dispositivo, e a liña de puntos vermella é a liña divisoria para a falla do dispositivo. Pódese ver a partir diso que o número de dispositivos que conteñen defectos epitaxiais na mostra de MOSFET SiC é equivalente ao número de dispositivos que conteñen defectos triangulares. O impacto dos defectos epitaxiais nas características do dispositivo é diferente do dos defectos triangulares. En termos de fallo do dispositivo, a taxa de fallo dos dispositivos que conteñen defectos epitaxiais é só do 47%. En comparación cos defectos triangulares, o impacto dos defectos da fosa epitaxial sobre as características de fuga inversa e as características de fuga da porta do dispositivo é significativamente debilitado, con índices de degradación do 53% e 38% respectivamente, como se mostra na táboa 4.3. Por outra banda, o impacto dos defectos da fosa epitaxial sobre as características de tensión de limiar, as características de condución do díodo do corpo e a resistencia á activación é maior que o dos defectos triangulares, coa relación de degradación que alcanza o 38%.
En xeral, dous defectos morfolóxicos, a saber, triángulos e fosas epitaxiais, teñen un impacto significativo na falla e na degradación característica dos dispositivos MOSFET SiC. A existencia de defectos triangulares é o máis letal, cunha taxa de fallos de ata o 93%, manifestada principalmente como un aumento significativo da fuga inversa do dispositivo. Os dispositivos que contiñan defectos de fosa epitaxial tiveron unha taxa de fallo máis baixa do 47%. Non obstante, os defectos da fosa epitaxiais teñen un maior impacto sobre a tensión de limiar do dispositivo, as características de condución do díodo do corpo e a resistencia á activación que os defectos triangulares.
Hora de publicación: 16-Abr-2024