ຜົນກະທົບຂອງ substrate SiC ແລະວັດສະດຸ epitaxial ກ່ຽວກັບຄຸນລັກສະນະອຸປະກອນ MOSFET

ຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມ

ຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມແມ່ນຄວາມບົກຜ່ອງດ້ານ morphological ທີ່ຮ້າຍແຮງທີ່ສຸດໃນຊັ້ນ SiC epitaxial. ບົດລາຍງານວັນນະຄະດີຈໍານວນຫລາຍໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການສ້າງຕັ້ງຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຮູບສາມລ່ຽມແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບຮູບແບບ 3C ໄປເຊຍກັນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກກົນໄກການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, morphology ຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມຫຼາຍຢູ່ດ້ານຂອງຊັ້ນ epitaxial ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງແຕກຕ່າງກັນ. ມັນສາມາດແບ່ງອອກເປັນປະເພດດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:

(1) ມີຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມທີ່ມີອະນຸພາກຂະຫນາດໃຫຍ່ຢູ່ເທິງສຸດ

ປະເພດຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມນີ້ມີອະນຸພາກ spherical ຂະຫນາດໃຫຍ່ຢູ່ດ້ານເທິງ, ເຊິ່ງອາດຈະເກີດມາຈາກວັດຖຸທີ່ຫຼຸດລົງໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຕີບໃຫຍ່. ພື້ນທີ່ສາມຫລ່ຽມຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ມີພື້ນຜິວທີ່ຫຍາບຄາຍສາມາດສັງເກດເຫັນລົງຈາກຈຸດສູງສຸດນີ້. ນີ້ແມ່ນເນື່ອງມາຈາກຄວາມຈິງທີ່ວ່າໃນໄລຍະຂະບວນການ epitaxial, ສອງຊັ້ນ 3C-SiC ທີ່ແຕກຕ່າງກັນໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນພື້ນທີ່ສາມຫລ່ຽມ, ຊຶ່ງໃນນັ້ນຊັ້ນທໍາອິດແມ່ນ nucleated ໃນການໂຕ້ຕອບແລະຈະເລີນເຕີບໂຕໂດຍຜ່ານການໄຫຼຂອງຂັ້ນຕອນ 4H-SiC. ໃນຂະນະທີ່ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ epitaxial ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຊັ້ນທີສອງຂອງ 3C polytype nucleates ແລະເຕີບໂຕໃນຂຸມສາມຫລ່ຽມຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າ, ແຕ່ຂັ້ນຕອນການຂະຫຍາຍຕົວ 4H ບໍ່ໄດ້ກວມເອົາພື້ນທີ່ polytype 3C ຢ່າງສົມບູນ, ເຮັດໃຫ້ພື້ນທີ່ groove ຮູບຂອງ 3C-SiC ຍັງເຫັນໄດ້ຊັດເຈນ. ເຫັນໄດ້

(2) ມີອະນຸພາກຂະຫນາດນ້ອຍຢູ່ດ້ານເທິງແລະຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມທີ່ມີພື້ນຜິວ rough

ອະນຸພາກຢູ່ຈຸດຕັ້ງຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຮູບສາມລ່ຽມປະເພດນີ້ມີຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4.2. ແລະສ່ວນໃຫຍ່ຂອງພື້ນທີ່ສາມຫລ່ຽມຖືກປົກຄຸມດ້ວຍການໄຫຼຂອງຂັ້ນຕອນຂອງ 4H-SiC, ນັ້ນແມ່ນ, ຊັ້ນ 3C-SiC ທັງຫມົດຖືກຝັງໄວ້ຢ່າງສົມບູນພາຍໃຕ້ຊັ້ນ 4H-SiC. ພຽງແຕ່ຂັ້ນຕອນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ 4H-SiC ສາມາດເຫັນໄດ້ໃນດ້ານຜິດປົກກະຕິຂອງຮູບສາມລ່ຽມ, ແຕ່ຂັ້ນຕອນເຫຼົ່ານີ້ມີຂະຫນາດໃຫຍ່ກວ່າຂັ້ນຕອນການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ 4H ທໍາມະດາ.

(3) ຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມທີ່ມີພື້ນຜິວລຽບ

ປະເພດຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມນີ້ມີ morphology ດ້ານກ້ຽງ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4.3. ສໍາລັບຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມດັ່ງກ່າວ, ຊັ້ນ 3C-SiC ຖືກປົກຄຸມດ້ວຍການໄຫຼຂອງຂັ້ນຕອນຂອງ 4H-SiC, ແລະຮູບແບບຜລຶກ 4H ເທິງຫນ້າດິນຈະເລີນເຕີບໂຕລະອຽດແລະລຽບກວ່າ.

ຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງຂຸມ epitaxial

ຂຸມ Epitaxial (Pits) ແມ່ນຫນຶ່ງໃນບັນດາຂໍ້ບົກພ່ອງດ້ານ morphology ທົ່ວໄປທີ່ສຸດ, ແລະ morphology ພື້ນຜິວປົກກະຕິແລະໂຄງປະກອບການແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4.4. ສະຖານທີ່ຂອງ dislocation threading (TD) pits corrosion ສັງເກດເຫັນຫຼັງຈາກ KOH etching ຢູ່ດ້ານຫລັງຂອງອຸປະກອນມີການຕິດຕໍ່ທີ່ຊັດເຈນກັບສະຖານທີ່ຂອງ pits epitaxial ກ່ອນທີ່ຈະກະກຽມອຸປະກອນ, ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າການສ້າງຕັ້ງຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບ dislocations threading.

ຜິດປົກກະຕິ carrot

ຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ Carrot ແມ່ນຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງພື້ນຜິວທົ່ວໄປໃນຊັ້ນ epitaxial 4H-SiC, ແລະ morphology ປົກກະຕິຂອງພວກມັນແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4.5. ຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ carrot ໄດ້ຖືກລາຍງານວ່າໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍການຕັດກັນຂອງ Franconian ແລະຂໍ້ບົກພ່ອງ stacking prismatic ຕັ້ງຢູ່ໃນຍົນ basal ເຊື່ອມຕໍ່ໂດຍ dislocations ຂັ້ນຕອນ. ມັນຍັງໄດ້ຖືກລາຍງານວ່າການສ້າງຕັ້ງຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ carrot ແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບ TSD ໃນ substrate. Tsuchida H. et al. ພົບວ່າຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ carrot ໃນຊັ້ນ epitaxial ແມ່ນອັດຕາສ່ວນກັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ TSD ໃນ substrate. ແລະໂດຍການປຽບທຽບຮູບພາບ morphology ຂອງພື້ນຜິວກ່ອນແລະຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial, ສັງເກດເຫັນຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ carrot ທັງຫມົດສາມາດຖືກພົບເຫັນວ່າສອດຄ່ອງກັບ TSD ໃນ substrate. Wu H. et al. ໃຊ້ລັກສະນະການທົດສອບການກະແຈກກະຈາຍຂອງ Raman ເພື່ອຊອກຫາວ່າຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ carrot ບໍ່ມີຮູບແບບ 3C ໄປເຊຍກັນ, ແຕ່ວ່າມີພຽງແຕ່ polytype 4H-SiC ເທົ່ານັ້ນ.

ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມຕໍ່ຄຸນລັກສະນະຂອງອຸປະກອນ MOSFET

ຮູບທີ 4.7 ແມ່ນ histogram ຂອງການແຈກຢາຍທາງສະຖິຕິຂອງຫ້າລັກສະນະຂອງອຸປະກອນທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມ. ເສັ້ນຈຸດສີຟ້າແມ່ນເສັ້ນແບ່ງສໍາລັບການທໍາລາຍລັກສະນະອຸປະກອນ, ແລະເສັ້ນຈຸດສີແດງແມ່ນເສັ້ນແບ່ງສໍາລັບຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງອຸປະກອນ. ສໍາລັບຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງອຸປະກອນ, ຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະອັດຕາການລົ້ມເຫຼວແມ່ນສູງກວ່າ 93%. ນີ້ແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນອິດທິພົນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມກ່ຽວກັບຄຸນລັກສະນະການຮົ່ວໄຫຼຂອງອຸປະກອນ. ເຖິງ 93% ຂອງອຸປະກອນທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຂອງການຮົ່ວໄຫຼຍ້ອນກັບ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຮູບສາມລ່ຽມຍັງມີຜົນກະທົບທີ່ຮ້າຍແຮງຕໍ່ຄຸນລັກສະນະການຮົ່ວໄຫຼຂອງປະຕູຮົ້ວ, ອັດຕາການເຊື່ອມໂຊມຂອງ 60%. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 4.2, ສໍາລັບການເຊື່ອມໂຊມຂອງແຮງດັນແລະລັກສະນະການຍ່ອຍສະຫຼາຍຂອງຮ່າງກາຍ diode, ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມມີຂະຫນາດນ້ອຍ, ແລະອັດຕາສ່ວນການເຊື່ອມໂຊມແມ່ນ 26% ແລະ 33% ຕາມລໍາດັບ. ໃນແງ່ຂອງການເຮັດໃຫ້ເກີດການຕໍ່ຕ້ານການເພີ່ມຂື້ນ, ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມແມ່ນອ່ອນແອ, ແລະອັດຕາສ່ວນການເຊື່ອມໂຊມແມ່ນປະມານ 33%.

ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ກ່ຽວກັບຄຸນລັກສະນະຂອງອຸປະກອນ MOSFET

ຮູບ 4.8 ແມ່ນ histogram ຂອງການກະຈາຍສະຖິຕິຂອງຫ້າລັກສະນະຂອງອຸປະກອນທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial. ເສັ້ນຈຸດສີຟ້າແມ່ນເສັ້ນແບ່ງສໍາລັບການທໍາລາຍລັກສະນະອຸປະກອນ, ແລະເສັ້ນຈຸດສີແດງແມ່ນເສັ້ນແບ່ງສໍາລັບຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງອຸປະກອນ. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກນີ້ວ່າຈໍານວນຂອງອຸປະກອນທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ໃນຕົວຢ່າງ SiC MOSFET ແມ່ນເທົ່າກັບຈໍານວນອຸປະກອນທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມ. ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ກ່ຽວກັບຄຸນລັກສະນະຂອງອຸປະກອນແມ່ນແຕກຕ່າງຈາກຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງສາມຫຼ່ຽມ. ໃນແງ່ຂອງຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງອຸປະກອນ, ອັດຕາການລົ້ມເຫຼວຂອງອຸປະກອນທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ແມ່ນມີພຽງແຕ່ 47%. ເມື່ອປຽບທຽບກັບຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຮູບສາມລ່ຽມ, ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ກ່ຽວກັບຄຸນລັກສະນະການຮົ່ວໄຫຼຂອງປີ້ນກັບກັນແລະຄຸນລັກສະນະການຮົ່ວໄຫຼຂອງປະຕູຮົ້ວຂອງອຸປະກອນແມ່ນອ່ອນລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ອັດຕາສ່ວນການເຊື່ອມໂຊມຂອງ 53% ແລະ 38% ຕາມລໍາດັບ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 4.3. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ກ່ຽວກັບຄຸນລັກສະນະແຮງດັນ, ລັກສະນະການປະພຶດຂອງ diode ຂອງຮ່າງກາຍແລະຄວາມຕ້ານທານແມ່ນໃຫຍ່ກວ່າຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງຮູບສາມລ່ຽມ, ອັດຕາສ່ວນການເຊື່ອມໂຊມເຖິງ 38%.

ໂດຍທົ່ວໄປ, ສອງຂໍ້ບົກພ່ອງທາງດ້ານ morphological, ຄືສາມຫລ່ຽມແລະຂຸມ epitaxial, ມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຄວາມລົ້ມເຫຼວແລະການເຊື່ອມໂຊມຂອງລັກສະນະຂອງອຸປະກອນ SiC MOSFET. ການມີຢູ່ຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫລ່ຽມແມ່ນຮ້າຍແຮງທີ່ສຸດ, ມີອັດຕາການລົ້ມເຫຼວທີ່ສູງເຖິງ 93%, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນສະແດງອອກເປັນການເພີ່ມຂື້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນການຮົ່ວໄຫຼຂອງອຸປະກອນ. ອຸປະກອນທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ມີອັດຕາການລົ້ມເຫຼວຕ່ໍາກວ່າ 47%. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມບົກຜ່ອງຂອງຂຸມ epitaxial ມີຜົນກະທົບຫຼາຍກວ່າເກົ່າກ່ຽວກັບແຮງດັນຂອງອຸປະກອນ, ຄຸນລັກສະນະການດໍາເນີນການຂອງ diode ຂອງຮ່າງກາຍແລະຄວາມຕ້ານທານຫຼາຍກ່ວາຂໍ້ບົກພ່ອງສາມຫຼ່ຽມ.