SiC სუბსტრატისა და ეპიტაქსიალური მასალების ზემოქმედება MOSFET მოწყობილობის მახასიათებლებზე

სამკუთხა დეფექტი

სამკუთხა დეფექტები არის ყველაზე ფატალური მორფოლოგიური დეფექტები SiC ეპიტაქსიურ შრეებში. ლიტერატურულმა მოხსენებებმა აჩვენა, რომ სამკუთხა დეფექტების წარმოქმნა დაკავშირებულია 3C კრისტალურ ფორმასთან. თუმცა, ზრდის სხვადასხვა მექანიზმის გამო, ეპიტაქსიური შრის ზედაპირზე მრავალი სამკუთხა დეფექტის მორფოლოგია საკმაოდ განსხვავებულია. უხეშად შეიძლება დაიყოს შემდეგ ტიპებად:

(1) არის სამკუთხა დეფექტები დიდი ნაწილაკებით ზედა

ამ ტიპის სამკუთხა დეფექტს აქვს დიდი სფერული ნაწილაკი ზედა ნაწილში, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს ზრდის პროცესში ობიექტების დაცემით. ამ წვეროდან ქვევით შეიძლება შეინიშნოს მცირე სამკუთხა ფართობი უხეში ზედაპირით. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ეპიტაქსიური პროცესის დროს, სამკუთხა არეში თანმიმდევრულად წარმოიქმნება ორი განსხვავებული 3C-SiC ფენა, რომელთაგან პირველი ფენა ბირთვირებულია ინტერფეისზე და იზრდება 4H-SiC საფეხურის ნაკადის მეშვეობით. ეპიტაქსიალური ფენის სისქის მატებასთან ერთად, 3C პოლიტიპის მეორე ფენა ბირთვდება და იზრდება უფრო მცირე სამკუთხა ორმოებში, მაგრამ 4H ზრდის საფეხური მთლიანად არ ფარავს 3C პოლიტიპის არეალს, რაც აქცევს 3C-SiC-ის V- ფორმის ღარულ არეალს კვლავ მკაფიოდ. ხილული

(2) ზედა ნაწილში არის პატარა ნაწილაკები და სამკუთხა დეფექტები უხეში ზედაპირით

ამ ტიპის სამკუთხა დეფექტის წვეროებზე ნაწილაკები გაცილებით მცირეა, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე 4.2. სამკუთხა ტერიტორიის უმეტესი ნაწილი დაფარულია 4H-SiC-ის საფეხურით, ანუ მთელი 3C-SiC ფენა მთლიანად ჩაშენებულია 4H-SiC ფენის ქვეშ. მხოლოდ 4H-SiC-ის ზრდის საფეხურები ჩანს სამკუთხა დეფექტის ზედაპირზე, მაგრამ ეს საფეხურები გაცილებით დიდია ვიდრე ჩვეულებრივი 4H კრისტალების ზრდის საფეხურები.

(3) სამკუთხა დეფექტები გლუვი ზედაპირით

ამ ტიპის სამკუთხა დეფექტს აქვს გლუვი ზედაპირის მორფოლოგია, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 4.3. ასეთი სამკუთხა დეფექტების შემთხვევაში, 3C-SiC ფენა დაფარულია 4H-SiC-ის საფეხურის ნაკადით, ხოლო ზედაპირზე 4H კრისტალური ფორმა უფრო თხელი და გლუვი იზრდება.

ეპიტაქსიალური ორმოს დეფექტები

ეპიტაქსიალური ორმოები (Pits) ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტია და მათი ტიპიური ზედაპირის მორფოლოგია და სტრუქტურული მონახაზი ნაჩვენებია სურათზე 4.4. ძაფის დისლოკაციის (TD) კოროზიული ორმოების მდებარეობა, რომელიც დაფიქსირდა მოწყობილობის უკანა მხარეს KOH ოქროვის შემდეგ, აშკარად შეესაბამება ეპიტაქსიალური ორმოების მდებარეობას მოწყობილობის მომზადებამდე, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების წარმოქმნა დაკავშირებულია ძაფის დისლოკაციებთან.

სტაფილოს დეფექტები

სტაფილოს დეფექტები არის საერთო ზედაპირული დეფექტი 4H-SiC ეპიტაქსიალურ ფენებში და მათი ტიპიური მორფოლოგია ნაჩვენებია სურათზე 4.5. გავრცელებულია ინფორმაცია, რომ სტაფილოს დეფექტი წარმოიქმნება ფრანკონური და პრიზმული დაწყობის დეფექტების გადაკვეთით, რომლებიც მდებარეობს ბაზალურ სიბრტყეზე, რომლებიც დაკავშირებულია საფეხურის მსგავსი დისლოკაციებით. ასევე ცნობილია, რომ სტაფილოს დეფექტების წარმოქმნა დაკავშირებულია სუბსტრატში TSD-თან. Tsuchida H. და სხვ. აღმოჩნდა, რომ ეპიტაქსიურ შრეში სტაფილოს დეფექტების სიმკვრივე სუბსტრატში TSD-ის სიმკვრივის პროპორციულია. და ეპიტაქსიურ ზრდამდე და შემდგომი ზედაპირის მორფოლოგიური სურათების შედარებით, ყველა დაფიქსირებული სტაფილოს დეფექტი შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ შეესაბამება სუბსტრატში TSD-ს. ვუ ჰ. და სხვ. გამოიყენა რამანის გაფანტვის ტესტის დახასიათება იმის დასადგენად, რომ სტაფილოს დეფექტები არ შეიცავდა 3C კრისტალურ ფორმას, არამედ მხოლოდ 4H-SiC პოლიტიპს.

სამკუთხა დეფექტების ეფექტი MOSFET მოწყობილობის მახასიათებლებზე

სურათი 4.7 არის სამკუთხა დეფექტების შემცველი მოწყობილობის ხუთი მახასიათებლის სტატისტიკური განაწილების ჰისტოგრამა. ლურჯი წერტილოვანი ხაზი არის მოწყობილობის დამახასიათებელი დეგრადაციის გამყოფი ხაზი, ხოლო წითელი წერტილოვანი ხაზი არის გამყოფი ხაზი მოწყობილობის გაუმართაობისთვის. მოწყობილობის გაუმართაობისას სამკუთხა დეფექტებს დიდი გავლენა აქვს და მარცხის მაჩვენებელი 93%-ზე მეტია. ეს ძირითადად მიეკუთვნება სამკუთხა დეფექტების გავლენას მოწყობილობების საპირისპირო გაჟონვის მახასიათებლებზე. სამკუთხა დეფექტების შემცველი მოწყობილობების 93%-მდე მნიშვნელოვნად გაიზარდა საპირისპირო გაჟონვა. გარდა ამისა, სამკუთხა დეფექტები ასევე სერიოზულ გავლენას ახდენს კარიბჭის გაჟონვის მახასიათებლებზე, დეგრადაციის მაჩვენებელი 60%. როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 4.2, ძაბვის ზღურბლის დეგრადაციისთვის და სხეულის დიოდის დამახასიათებელი დეგრადაციისთვის, სამკუთხა დეფექტების ზემოქმედება მცირეა და დეგრადაციის პროპორციები არის შესაბამისად 26% და 33%. წინააღმდეგობის გაზრდის თვალსაზრისით, სამკუთხა დეფექტების ზემოქმედება სუსტია და დეგრადაციის კოეფიციენტი არის დაახლოებით 33%.

ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების ეფექტი MOSFET მოწყობილობის მახასიათებლებზე

სურათი 4.8 არის ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველი მოწყობილობის ხუთი მახასიათებლის სტატისტიკური განაწილების ჰისტოგრამა. ლურჯი წერტილოვანი ხაზი არის მოწყობილობის დამახასიათებელი დეგრადაციის გამყოფი ხაზი, ხოლო წითელი წერტილოვანი ხაზი არის გამყოფი ხაზი მოწყობილობის გაუმართაობისთვის. აქედან ჩანს, რომ SiC MOSFET-ის ნიმუშში ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველი მოწყობილობების რაოდენობა უდრის სამკუთხა დეფექტების შემცველი მოწყობილობების რაოდენობას. ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების გავლენა მოწყობილობის მახასიათებლებზე განსხვავდება სამკუთხა დეფექტებისგან. მოწყობილობის გაუმართაობის თვალსაზრისით, ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველი მოწყობილობების უკმარისობის მაჩვენებელი მხოლოდ 47%-ია. სამკუთხა დეფექტებთან შედარებით, ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების გავლენა მოწყობილობის საპირისპირო გაჟონვის მახასიათებლებზე და კარიბჭის გაჟონვის მახასიათებლებზე მნიშვნელოვნად შესუსტებულია, დეგრადაციის კოეფიციენტებით, შესაბამისად, 53% და 38%, როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 4.3. მეორეს მხრივ, ეპიტაქსიალური ორმოს დეფექტების გავლენა ზღვრული ძაბვის მახასიათებლებზე, სხეულის დიოდის გამტარობის მახასიათებლებზე და წინააღმდეგობაზე უფრო დიდია, ვიდრე სამკუთხა დეფექტების, დეგრადაციის კოეფიციენტი აღწევს 38%.

ზოგადად, ორი მორფოლოგიური დეფექტი, კერძოდ, სამკუთხედები და ეპიტაქსიალური ორმოები, მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს SiC MOSFET მოწყობილობების გაუმართაობასა და დამახასიათებელ დეგრადაციაზე. სამკუთხა დეფექტების არსებობა ყველაზე ფატალურია, მარცხის სიხშირით 93%, ძირითადად გამოიხატება მოწყობილობის საპირისპირო გაჟონვის მნიშვნელოვანი ზრდით. ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველ მოწყობილობებს ჰქონდათ 47%-იანი უკმარისობის დაბალი მაჩვენებელი. თუმცა, ეპიტაქსიალური ორმოს დეფექტები უფრო მეტ გავლენას ახდენს მოწყობილობის ბარიერის ძაბვაზე, სხეულის დიოდის გამტარობის მახასიათებლებზე და წინააღმდეგობაზე, ვიდრე სამკუთხა დეფექტები.