MOSFET ಸಾಧನದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ SiC ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವಸ್ತುಗಳ ಪರಿಣಾಮಗಳು

ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷ

ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳು SiC ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಮಾರಣಾಂತಿಕ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನದ ದೋಷಗಳಾಗಿವೆ. ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳ ರಚನೆಯು 3C ಸ್ಫಟಿಕ ರೂಪಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ ಎಂದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಸಾಹಿತ್ಯ ವರದಿಗಳು ತೋರಿಸಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ವಿಭಿನ್ನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳಿಂದಾಗಿ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಅನೇಕ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನವು ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ. ಇದನ್ನು ಸ್ಥೂಲವಾಗಿ ಈ ಕೆಳಗಿನ ಪ್ರಕಾರಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು:

(1) ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ ಕಣಗಳೊಂದಿಗೆ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳಿವೆ

ಈ ರೀತಿಯ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷವು ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ ಗೋಳಾಕಾರದ ಕಣವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಬೀಳುವ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗಬಹುದು. ಒರಟಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊಂದಿರುವ ಸಣ್ಣ ತ್ರಿಕೋನ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಈ ಶೃಂಗದಿಂದ ಕೆಳಮುಖವಾಗಿ ಗಮನಿಸಬಹುದು. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ತ್ರಿಕೋನ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ 3C-SiC ಪದರಗಳು ಅನುಕ್ರಮವಾಗಿ ರಚನೆಯಾಗುತ್ತವೆ, ಅದರಲ್ಲಿ ಮೊದಲ ಪದರವು ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ನಲ್ಲಿ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಟ್ ಆಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು 4H-SiC ಹಂತದ ಹರಿವಿನ ಮೂಲಕ ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ದಪ್ಪವು ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, 3C ಪಾಲಿಟೈಪ್‌ನ ಎರಡನೇ ಪದರವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಟ್ ಆಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಚಿಕ್ಕದಾದ ತ್ರಿಕೋನ ಹೊಂಡಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ, ಆದರೆ 4H ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಹಂತವು 3C ಪಾಲಿಟೈಪ್ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಆವರಿಸುವುದಿಲ್ಲ, ಇದು 3C-SiC ನ V-ಆಕಾರದ ತೋಡು ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಇನ್ನೂ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಗೋಚರಿಸುತ್ತದೆ

(2) ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಸಣ್ಣ ಕಣಗಳು ಮತ್ತು ಒರಟಾದ ಮೇಲ್ಮೈಯೊಂದಿಗೆ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳಿವೆ

ಈ ರೀತಿಯ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷದ ಶೃಂಗಗಳಲ್ಲಿನ ಕಣಗಳು ಚಿತ್ರ 4.2 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತ್ರಿಕೋನ ಪ್ರದೇಶವು 4H-SiC ನ ಹಂತದ ಹರಿವಿನಿಂದ ಆವರಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ, ಅಂದರೆ, ಸಂಪೂರ್ಣ 3C-SiC ಪದರವು 4H-SiC ಪದರದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹುದುಗಿದೆ. ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ 4H-SiC ನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಹಂತಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಕಾಣಬಹುದು, ಆದರೆ ಈ ಹಂತಗಳು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ 4H ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಹಂತಗಳಿಗಿಂತ ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ.

(3) ನಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊಂದಿರುವ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳು

ಈ ರೀತಿಯ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷವು ಚಿತ್ರ 4.3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಮೃದುವಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಅಂತಹ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳಿಗೆ, 3C-SiC ಪದರವು 4H-SiC ನ ಹಂತದ ಹರಿವಿನಿಂದ ಮುಚ್ಚಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ 4H ಸ್ಫಟಿಕ ರೂಪವು ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗಿ ಮತ್ತು ಮೃದುವಾಗಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ.

ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳು

ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಹೊಂಡಗಳು (ಪಿಟ್ಸ್) ಅತ್ಯಂತ ಸಾಮಾನ್ಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ ದೋಷಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ರಚನಾತ್ಮಕ ರೂಪರೇಖೆಯನ್ನು ಚಿತ್ರ 4.4 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸಾಧನದ ಹಿಂಭಾಗದಲ್ಲಿ KOH ಎಚ್ಚಣೆಯ ನಂತರ ಗಮನಿಸಿದ ಥ್ರೆಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ (ಟಿಡಿ) ತುಕ್ಕು ಹೊಂಡಗಳ ಸ್ಥಳವು ಸಾಧನವನ್ನು ಸಿದ್ಧಪಡಿಸುವ ಮೊದಲು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್‌ಗಳ ಸ್ಥಳದೊಂದಿಗೆ ಸ್ಪಷ್ಟವಾದ ಪತ್ರವ್ಯವಹಾರವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಇದು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳ ರಚನೆಯು ಥ್ರೆಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಕ್ಯಾರೆಟ್ ದೋಷಗಳು

ಕ್ಯಾರೆಟ್ ದೋಷಗಳು 4H-SiC ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯ ಮೇಲ್ಮೈ ದೋಷವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ವಿಶಿಷ್ಟ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಚಿತ್ರ 4.5 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಕ್ಯಾರೆಟ್ ದೋಷವು ಫ್ರಾಂಕೋನಿಯನ್ ಮತ್ತು ಪ್ರಿಸ್ಮಾಟಿಕ್ ಪೇರಿಸುವ ದೋಷಗಳ ಛೇದನದಿಂದ ರೂಪುಗೊಂಡಿದೆ ಎಂದು ವರದಿಯಾಗಿದೆ. ಕ್ಯಾರೆಟ್ ದೋಷಗಳ ರಚನೆಯು ತಲಾಧಾರದಲ್ಲಿ TSD ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ ಎಂದು ವರದಿಯಾಗಿದೆ. ಟ್ಸುಚಿಡಾ ಎಚ್. ಮತ್ತು ಇತರರು. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದಲ್ಲಿನ ಕ್ಯಾರೆಟ್ ದೋಷಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ತಲಾಧಾರದಲ್ಲಿನ TSD ಯ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದಿದೆ. ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಮೊದಲು ಮತ್ತು ನಂತರದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನದ ಚಿತ್ರಗಳನ್ನು ಹೋಲಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಎಲ್ಲಾ ಗಮನಿಸಿದ ಕ್ಯಾರೆಟ್ ದೋಷಗಳು ತಲಾಧಾರದಲ್ಲಿನ TSD ಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಬಹುದು. ವೂ ಎಚ್. ಮತ್ತು ಇತರರು. ಕ್ಯಾರೆಟ್ ದೋಷಗಳು 3C ಸ್ಫಟಿಕ ರೂಪವನ್ನು ಹೊಂದಿಲ್ಲ, ಆದರೆ 4H-SiC ಪಾಲಿಟೈಪ್ ಮಾತ್ರ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲು ರಾಮನ್ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಪರೀಕ್ಷಾ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದರು.

MOSFET ಸಾಧನದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳ ಪರಿಣಾಮ

ಚಿತ್ರ 4.7 ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಾಧನದ ಐದು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಅಂಕಿಅಂಶಗಳ ವಿತರಣೆಯ ಹಿಸ್ಟೋಗ್ರಾಮ್ ಆಗಿದೆ. ನೀಲಿ ಚುಕ್ಕೆಗಳ ರೇಖೆಯು ಸಾಧನದ ವಿಶಿಷ್ಟ ಅವನತಿಗೆ ವಿಭಜಿಸುವ ರೇಖೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕೆಂಪು ಚುಕ್ಕೆಗಳ ರೇಖೆಯು ಸಾಧನದ ವೈಫಲ್ಯಕ್ಕೆ ವಿಭಜಿಸುವ ರೇಖೆಯಾಗಿದೆ. ಸಾಧನದ ವೈಫಲ್ಯಕ್ಕಾಗಿ, ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳು ಉತ್ತಮ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಬೀರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ವೈಫಲ್ಯದ ಪ್ರಮಾಣವು 93% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಸಾಧನಗಳ ಹಿಮ್ಮುಖ ಸೋರಿಕೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳ ಪ್ರಭಾವಕ್ಕೆ ಇದು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ. ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ 93% ವರೆಗಿನ ಸಾಧನಗಳು ಹಿಮ್ಮುಖ ಸೋರಿಕೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿಸಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಯಲ್ಲಿ, ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳು ಗೇಟ್ ಸೋರಿಕೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ಗಂಭೀರ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ, 60% ನಷ್ಟು ಅವನತಿ ದರ. ಕೋಷ್ಟಕ 4.2 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ಮಿತಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅವನತಿ ಮತ್ತು ದೇಹದ ಡಯೋಡ್ ವಿಶಿಷ್ಟ ಅವನತಿಗಾಗಿ, ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳ ಪ್ರಭಾವವು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಅವನತಿ ಪ್ರಮಾಣವು ಕ್ರಮವಾಗಿ 26% ಮತ್ತು 33% ಆಗಿದೆ. ಆನ್-ರೆಸಿಸ್ಟೆನ್ಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಳವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುವ ದೃಷ್ಟಿಯಿಂದ, ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳ ಪ್ರಭಾವವು ದುರ್ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅವನತಿ ಅನುಪಾತವು ಸುಮಾರು 33% ಆಗಿದೆ.

MOSFET ಸಾಧನದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳ ಪರಿಣಾಮ

ಚಿತ್ರ 4.8 ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಾಧನದ ಐದು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಅಂಕಿಅಂಶಗಳ ವಿತರಣೆಯ ಹಿಸ್ಟೋಗ್ರಾಮ್ ಆಗಿದೆ. ನೀಲಿ ಚುಕ್ಕೆಗಳ ರೇಖೆಯು ಸಾಧನದ ವಿಶಿಷ್ಟ ಅವನತಿಗೆ ವಿಭಜಿಸುವ ರೇಖೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕೆಂಪು ಚುಕ್ಕೆಗಳ ರೇಖೆಯು ಸಾಧನದ ವೈಫಲ್ಯಕ್ಕೆ ವಿಭಜಿಸುವ ರೇಖೆಯಾಗಿದೆ. SiC MOSFET ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಾಧನಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯು ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಾಧನಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಗೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಇದರಿಂದ ನೋಡಬಹುದು. ಸಾಧನದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳ ಪ್ರಭಾವವು ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳಿಂದ ಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ. ಸಾಧನದ ವೈಫಲ್ಯದ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಾಧನಗಳ ವೈಫಲ್ಯದ ಪ್ರಮಾಣವು ಕೇವಲ 47% ಆಗಿದೆ. ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಹಿಮ್ಮುಖ ಸೋರಿಕೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ಸಾಧನದ ಗೇಟ್ ಸೋರಿಕೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳ ಪ್ರಭಾವವು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ದುರ್ಬಲಗೊಂಡಿದೆ, ಕೋಷ್ಟಕ 4.3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಅನುಕ್ರಮವಾಗಿ 53% ಮತ್ತು 38% ನಷ್ಟು ಅವನತಿ ಅನುಪಾತಗಳು. ಮತ್ತೊಂದೆಡೆ, ಮಿತಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು, ದೇಹದ ಡಯೋಡ್ ವಹನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ಆನ್-ರೆಸಿಸ್ಟೆನ್ಸ್ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳ ಪ್ರಭಾವವು ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅವನತಿ ಅನುಪಾತವು 38% ತಲುಪುತ್ತದೆ.

ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಎರಡು ರೂಪವಿಜ್ಞಾನದ ದೋಷಗಳು, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ತ್ರಿಕೋನಗಳು ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಹೊಂಡಗಳು, SiC MOSFET ಸಾಧನಗಳ ವೈಫಲ್ಯ ಮತ್ತು ವಿಶಿಷ್ಟ ಅವನತಿಗೆ ಗಮನಾರ್ಹ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ. ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳ ಅಸ್ತಿತ್ವವು ಅತ್ಯಂತ ಮಾರಣಾಂತಿಕವಾಗಿದೆ, ವೈಫಲ್ಯದ ಪ್ರಮಾಣವು 93% ರಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಸಾಧನದ ಹಿಮ್ಮುಖ ಸೋರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಹೆಚ್ಚಳವಾಗಿ ವ್ಯಕ್ತವಾಗುತ್ತದೆ. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಾಧನಗಳು 47% ನಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ವೈಫಲ್ಯದ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪಿಟ್ ದೋಷಗಳು ಸಾಧನದ ಮಿತಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್, ದೇಹದ ಡಯೋಡ್ ವಹನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ತ್ರಿಕೋನ ದೋಷಗಳಿಗಿಂತ ಆನ್-ರೆಸಿಸ್ಟೆನ್ಸ್ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.