Cacat segitiga
Cacat segitiga merupakan cacat morfologi paling fatal pada lapisan epitaksi SiC. Sejumlah besar laporan literatur menunjukkan bahwa pembentukan cacat segitiga berhubungan dengan bentuk kristal 3C. Namun, karena mekanisme pertumbuhan yang berbeda, morfologi banyak cacat segitiga pada permukaan lapisan epitaksial menjadi sangat berbeda. Secara kasar dapat dibagi menjadi beberapa jenis berikut:
(1) Terdapat cacat berbentuk segitiga dengan partikel besar di bagian atasnya
Cacat segitiga jenis ini memiliki partikel berbentuk bola besar di bagian atas, yang mungkin disebabkan oleh benda jatuh selama proses pertumbuhan. Area segitiga kecil dengan permukaan kasar dapat diamati ke bawah dari titik ini. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama proses epitaksi, dua lapisan 3C-SiC yang berbeda terbentuk secara berurutan di daerah segitiga, dimana lapisan pertama berinti pada antarmuka dan tumbuh melalui aliran langkah 4H-SiC. Dengan bertambahnya ketebalan lapisan epitaksi, lapisan kedua politipe 3C berinti dan tumbuh dalam lubang segitiga yang lebih kecil, namun langkah pertumbuhan 4H tidak sepenuhnya menutupi area politipe 3C, sehingga area alur berbentuk V pada 3C-SiC masih terlihat jelas. bisa dilihat
(2) Terdapat partikel kecil di bagian atas dan cacat berbentuk segitiga dengan permukaan kasar
Partikel pada simpul cacat segitiga jenis ini jauh lebih kecil, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Dan sebagian besar area segitiga ditutupi oleh aliran bertahap 4H-SiC, yaitu seluruh lapisan 3C-SiC tertanam seluruhnya di bawah lapisan 4H-SiC. Hanya langkah pertumbuhan 4H-SiC yang dapat dilihat pada permukaan cacat segitiga, namun langkah ini jauh lebih besar dibandingkan langkah pertumbuhan kristal 4H konvensional.
(3) Cacat berbentuk segitiga dengan permukaan halus
Cacat segitiga jenis ini mempunyai morfologi permukaan yang halus seperti terlihat pada Gambar 4.3. Untuk cacat segitiga seperti itu, lapisan 3C-SiC ditutupi oleh aliran bertahap 4H-SiC, dan bentuk kristal 4H di permukaan menjadi lebih halus dan halus.
Cacat lubang epitaksi
Lubang epitaksi (Lubang) adalah salah satu cacat morfologi permukaan yang paling umum, dan morfologi permukaan serta garis strukturalnya ditunjukkan pada Gambar 4.4. Lokasi lubang korosi dislokasi ulir (TD) yang diamati setelah pengetsaan KOH di bagian belakang perangkat memiliki korespondensi yang jelas dengan lokasi lubang epitaksi sebelum persiapan perangkat, yang menunjukkan bahwa pembentukan cacat lubang epitaksi terkait dengan dislokasi ulir.
cacat wortel
Cacat wortel adalah cacat permukaan yang umum pada lapisan epitaksi 4H-SiC, dan morfologi khasnya ditunjukkan pada Gambar 4.5. Cacat wortel dilaporkan terbentuk oleh perpotongan sesar susun Franconia dan prismatik yang terletak pada bidang dasar yang dihubungkan oleh dislokasi berbentuk langkah. Pembentukan cacat wortel juga dilaporkan terkait dengan TSD pada substrat. Tsuchida H.dkk. menemukan bahwa kepadatan cacat wortel pada lapisan epitaksi sebanding dengan kepadatan TSD dalam substrat. Dan dengan membandingkan gambar morfologi permukaan sebelum dan sesudah pertumbuhan epitaksial, semua cacat wortel yang diamati dapat ditemukan berhubungan dengan TSD pada substrat. Wu H. dkk. menggunakan karakterisasi uji hamburan Raman untuk mengetahui bahwa cacat wortel tidak mengandung bentuk kristal 3C, tetapi hanya politipe 4H-SiC.
Pengaruh cacat segitiga pada karakteristik perangkat MOSFET
Gambar 4.7 adalah histogram distribusi statistik lima karakteristik perangkat yang mengandung cacat segitiga. Garis putus-putus biru adalah garis pemisah penurunan karakteristik perangkat, dan garis putus-putus merah adalah garis pemisah kegagalan perangkat. Untuk kegagalan perangkat, cacat segitiga mempunyai dampak yang besar, dan tingkat kegagalan lebih besar dari 93%. Hal ini terutama disebabkan oleh pengaruh cacat segitiga pada karakteristik kebocoran balik perangkat. Hingga 93% perangkat yang memiliki cacat segitiga mengalami peningkatan kebocoran balik secara signifikan. Selain itu, cacat segitiga juga berdampak serius pada karakteristik kebocoran gerbang, dengan tingkat degradasi sebesar 60%. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.2, untuk degradasi tegangan ambang batas dan degradasi karakteristik bodi dioda, dampak cacat segitiga kecil, dan proporsi degradasi masing-masing adalah 26% dan 33%. Dalam hal menyebabkan peningkatan resistensi, dampak cacat segitiga lemah, dan rasio degradasi sekitar 33%.
Pengaruh cacat lubang epitaksi pada karakteristik perangkat MOSFET
Gambar 4.8 adalah histogram distribusi statistik dari lima karakteristik perangkat yang mengandung cacat lubang epitaksi. Garis putus-putus biru adalah garis pemisah penurunan karakteristik perangkat, dan garis putus-putus merah adalah garis pemisah kegagalan perangkat. Terlihat dari hal ini bahwa jumlah perangkat yang mengandung cacat lubang epitaksial pada sampel SiC MOSFET setara dengan jumlah perangkat yang mengandung cacat segitiga. Dampak cacat lubang epitaksial pada karakteristik perangkat berbeda dengan dampak cacat segitiga. Dalam hal kegagalan perangkat, tingkat kegagalan perangkat yang mengandung cacat lubang epitaksial hanya 47%. Dibandingkan dengan cacat segitiga, dampak cacat lubang epitaksial terhadap karakteristik kebocoran balik dan karakteristik kebocoran gerbang perangkat melemah secara signifikan, dengan rasio degradasi masing-masing sebesar 53% dan 38%, seperti ditunjukkan pada Tabel 4.3. Di sisi lain, dampak cacat lubang epitaksi terhadap karakteristik tegangan ambang, karakteristik konduksi dioda badan, dan resistansi lebih besar dibandingkan dengan cacat segitiga, dengan rasio degradasi mencapai 38%.
Secara umum, dua cacat morfologi yaitu segitiga dan lubang epitaksial mempunyai dampak yang signifikan terhadap kegagalan dan degradasi karakteristik perangkat SiC MOSFET. Keberadaan cacat segitiga adalah yang paling fatal, dengan tingkat kegagalan mencapai 93%, terutama diwujudkan sebagai peningkatan signifikan dalam kebocoran balik perangkat. Perangkat yang mengandung cacat lubang epitaksi memiliki tingkat kegagalan yang lebih rendah yaitu 47%. Namun, cacat lubang epitaksial memiliki dampak yang lebih besar pada tegangan ambang perangkat, karakteristik konduksi dioda tubuh, dan resistansi dibandingkan cacat segitiga.
Waktu posting: 16 April-2024