Trokutasti defekt
Trokutasti defekti su najfatalniji morfološki defekti u SiC epitaksijalnim slojevima. Velik broj literaturnih izvješća pokazao je da je stvaranje trokutastih defekata povezano s kristalnom formom 3C. Međutim, zbog različitih mehanizama rasta, morfologija mnogih trokutastih defekata na površini epitaksijalnog sloja prilično je različita. Može se grubo podijeliti na sljedeće vrste:
(1) Postoje trokutasti defekti s velikim česticama na vrhu
Ova vrsta trokutastog defekta ima veliku kuglastu česticu na vrhu, što može biti uzrokovano padajućim predmetima tijekom procesa rasta. Malo trokutasto područje s hrapavom površinom može se promatrati prema dolje od ovog vrha. To je zbog činjenice da se tijekom epitaksijalnog procesa dva različita 3C-SiC sloja sukcesivno formiraju u trokutastom području, od kojih prvi sloj nukleira na sučelju i raste kroz 4H-SiC korak toka. Kako se debljina epitaksijalnog sloja povećava, drugi sloj 3C politipa nukleira i raste u manjim trokutastim jamama, ali korak rasta 4H ne pokriva u potpunosti područje 3C politipa, čineći područje utora u obliku slova V 3C-SiC još uvijek jasnim vidljivo
(2) Postoje male čestice na vrhu i trokutasti nedostaci s hrapavom površinom
Čestice na vrhovima ove vrste trokutastog defekta mnogo su manje, kao što je prikazano na slici 4.2. I većina trokutastog područja pokrivena je stepenastim protokom 4H-SiC, to jest cijeli sloj 3C-SiC potpuno je ugrađen ispod sloja 4H-SiC. Samo se koraci rasta 4H-SiC mogu vidjeti na trokutastoj površini defekta, ali ti su koraci mnogo veći od konvencionalnih koraka rasta kristala 4H.
(3) Trokutasti defekti s glatkom površinom
Ova vrsta trokutastog defekta ima morfologiju glatke površine, kao što je prikazano na slici 4.3. Za takve trokutaste defekte, 3C-SiC sloj je prekriven stepenastim protokom 4H-SiC, a 4H kristalni oblik na površini postaje finiji i glatkiji.
Epitaksijalni jamičasti defekti
Epitaksijalne jame (Pits) jedan su od najčešćih površinskih morfoloških defekata, a njihova tipična površinska morfologija i strukturni obris prikazani su na slici 4.4. Lokacija korozijskih jamica s dislokacijom navoja (TD) uočenih nakon jetkanja KOH-om na stražnjoj strani uređaja ima jasnu korespondenciju s lokacijom epitaksijalnih jamica prije pripreme uređaja, što ukazuje da je stvaranje defekata epitaksijalnih jamica povezano s dislokacijama navoja.
mane mrkve
Mrkva defekti su uobičajeni površinski defekt u 4H-SiC epitaksijalnim slojevima, a njihova tipična morfologija prikazana je na slici 4.5. Navedeno je da defekt mrkve nastaje sjecištem frankonskih i prizmatičnih grešaka slaganja smještenih na bazalnoj ravnini povezanih stepenastim dislokacijama. Također je objavljeno da je stvaranje defekata mrkve povezano s TSD-om u supstratu. Tsuchida H. i sur. otkrili da je gustoća defekata mrkve u epitaksijalnom sloju proporcionalna gustoći TSD-a u supstratu. A usporedbom slika morfologije površine prije i nakon epitaksijalnog rasta, može se utvrditi da svi uočeni nedostaci mrkve odgovaraju TSD-u u supstratu. Wu H. i sur. koristio je karakterizaciju testa Ramanovog raspršenja kako bi otkrio da defekti mrkve ne sadrže 3C kristalni oblik, već samo 4H-SiC politip.
Utjecaj trokutastih defekata na karakteristike MOSFET uređaja
Slika 4.7 je histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži trokutaste nedostatke. Plava isprekidana linija je linija razdjelnice za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena isprekidana linija je linija razdjelnice za kvar uređaja. Za kvar uređaja, trokutasti defekti imaju velik utjecaj, a stopa kvara veća je od 93%. To se uglavnom pripisuje utjecaju trokutastih defekata na karakteristike obrnutog propuštanja uređaja. Do 93% uređaja koji sadrže trokutaste nedostatke imaju značajno povećano povratno curenje. Osim toga, trokutasti defekti također imaju ozbiljan utjecaj na karakteristike propuštanja vrata, sa stopom degradacije od 60%. Kao što je prikazano u tablici 4.2, za degradaciju napona praga i degradaciju karakteristike diode tijela, utjecaj trokutastih defekata je mali, a udjeli degradacije su 26% odnosno 33%. U smislu izazivanja povećanja otpora na uključivanje, utjecaj trokutastih defekata je slab, a omjer degradacije je oko 33%.
Učinak epitaksijalnih jamičastih defekata na karakteristike MOSFET uređaja
Slika 4.8 je histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži epitaksijalne udubljenja. Plava isprekidana linija je linija razdjelnice za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena isprekidana linija je linija razdjelnice za kvar uređaja. Iz ovoga se može vidjeti da je broj uređaja koji sadrže epitaksijalne udubljenja u uzorku SiC MOSFET-a ekvivalentan broju uređaja koji sadrže trokutaste nedostatke. Utjecaj defekata epitaksijalne jamice na karakteristike uređaja razlikuje se od utjecaja trokutastih defekata. Što se tiče kvarova uređaja, stopa kvarova uređaja koji sadrže epitaksijalne rupice je samo 47%. U usporedbi s trokutastim defektima, utjecaj defekata epitaksijalne jame na karakteristike obrnutog propuštanja i karakteristike propuštanja vrata uređaja značajno je oslabljen, s omjerima degradacije od 53% odnosno 38%, kao što je prikazano u tablici 4.3. S druge strane, utjecaj epitaksijalnih udubljenih defekata na karakteristike napona praga, karakteristike vodljivosti tjelesne diode i otpor pri uključivanju veći je od utjecaja trokutastih defekata, s omjerom degradacije koji doseže 38%.
Općenito, dva morfološka oštećenja, naime trokuti i epitaksijalne jame, imaju značajan utjecaj na kvar i karakterističnu degradaciju SiC MOSFET uređaja. Postojanje trokutastih defekata je najkobnije, sa stopom kvarova od čak 93%, uglavnom se očituje kao značajno povećanje obrnutog curenja uređaja. Uređaji koji sadrže epitaksijalne udubljenja imali su nižu stopu kvarova od 47%. Međutim, epitaksijalni udubljeni defekti imaju veći utjecaj na napon praga uređaja, karakteristike vodljivosti tjelesne diode i otpor pri uključivanju nego trokutasti defekti.
Vrijeme objave: 16. travnja 2024