Trekantet defekt
Trekantede defekter er de mest dødelige morfologiske defektene i SiC epitaksiale lag. Et stort antall litteraturrapporter har vist at dannelsen av trekantede defekter er relatert til 3C-krystallformen. På grunn av forskjellige vekstmekanismer er morfologien til mange trekantede defekter på overflaten av epitaksiallaget imidlertid ganske forskjellig. Det kan grovt deles inn i følgende typer:
(1) Det er trekantede defekter med store partikler på toppen
Denne typen trekantede defekter har en stor sfærisk partikkel på toppen, som kan være forårsaket av fallende gjenstander under vekstprosessen. Et lite trekantet område med en ru overflate kan observeres nedover fra dette toppunktet. Dette skyldes det faktum at under den epitaksiale prosessen dannes to forskjellige 3C-SiC-lag suksessivt i det trekantede området, hvorav det første laget er kjerneformet ved grensesnittet og vokser gjennom 4H-SiC-trinnstrømmen. Ettersom tykkelsen på det epitaksiale laget øker, kjernener det andre laget av 3C polytype og vokser i mindre trekantede groper, men 4H-veksttrinnet dekker ikke 3C polytypeområdet fullstendig, noe som gjør det V-formede sporområdet til 3C-SiC fortsatt tydelig synlig
(2) Det er små partikler på toppen og trekantede defekter med ru overflate
Partiklene i toppunktene til denne typen trekantdefekter er mye mindre, som vist i figur 4.2. Og det meste av det trekantede området er dekket av trinnstrømmen av 4H-SiC, det vil si at hele 3C-SiC-laget er fullstendig innebygd under 4H-SiC-laget. Bare veksttrinnene til 4H-SiC kan sees på den trekantede defektoverflaten, men disse trinnene er mye større enn de konvensjonelle 4H-krystallveksttrinnene.
(3) Trekantede defekter med glatt overflate
Denne typen trekantede defekter har en glatt overflatemorfologi, som vist i figur 4.3. For slike trekantede defekter dekkes 3C-SiC-laget av trinnstrømmen av 4H-SiC, og 4H-krystallformen på overflaten blir finere og jevnere.
Epitaksiale gropdefekter
Epitaksiale groper (Pits) er en av de vanligste overflatemorfologidefektene, og deres typiske overflatemorfologi og strukturelle omriss er vist i figur 4.4. Plasseringen av gjengedislokasjonen (TD) korrosjonsgroper observert etter KOH-etsing på baksiden av enheten har en klar samsvar med plasseringen av epitaksialgropene før klargjøring av enheten, noe som indikerer at dannelsen av epitaksiale gropdefekter er relatert til gjengedislokasjoner.
gulrotfeil
Gulrotdefekter er en vanlig overflatedefekt i 4H-SiC epitaksiale lag, og deres typiske morfologi er vist i figur 4.5. Gulrotdefekten er rapportert å være dannet av skjæringspunktet mellom frankiske og prismatiske stablingsforkastninger lokalisert på basalplanet forbundet med trinnlignende dislokasjoner. Det er også rapportert at dannelsen av gulrotdefekter er relatert til TSD i underlaget. Tsuchida H. et al. fant at tettheten av gulrotdefekter i epitaksiallaget er proporsjonal med tettheten av TSD i underlaget. Og ved å sammenligne overflatemorfologibildene før og etter epitaksial vekst, kan alle observerte gulrotdefekter bli funnet å tilsvare TSD i underlaget. Wu H. et al. brukte Raman-spredningstestkarakterisering for å finne at gulrotdefektene ikke inneholdt 3C-krystallformen, men bare 4H-SiC-polytypen.
Effekten av trekantede defekter på MOSFET-enhetens egenskaper
Figur 4.7 er et histogram over den statistiske fordelingen av fem kjennetegn ved en enhet som inneholder trekantede defekter. Den blå stiplede linjen er delelinjen for enhetskarakteristisk forringelse, og den røde stiplede linjen er delelinjen for enhetsfeil. For enhetsfeil har trekantede defekter stor innvirkning, og feilraten er større enn 93 %. Dette tilskrives hovedsakelig påvirkningen av trekantede defekter på de omvendte lekkasjeegenskapene til enheter. Opptil 93 % av enhetene som inneholder trekantede defekter har betydelig økt omvendt lekkasje. I tillegg har de trekantede defektene også en alvorlig innvirkning på portlekkasjeegenskapene, med en nedbrytningsrate på 60%. Som vist i tabell 4.2, for terskelspenningsdegradering og kroppsdiodekarakteristisk degradering, er virkningen av trekantede defekter liten, og degraderingsandelen er henholdsvis 26 % og 33 %. Når det gjelder å forårsake en økning i på-motstand, er virkningen av trekantede defekter svak, og nedbrytningsforholdet er omtrent 33%.
Effekt av epitaksiale pit-defekter på MOSFET-enhetens egenskaper
Figur 4.8 er et histogram over den statistiske fordelingen av fem kjennetegn ved en enhet som inneholder epitaksiale pit-defekter. Den blå stiplede linjen er delelinjen for enhetskarakteristisk forringelse, og den røde stiplede linjen er delelinjen for enhetsfeil. Det kan sees fra dette at antall enheter som inneholder epitaksiale pit-defekter i SiC MOSFET-prøven er ekvivalent med antall enheter som inneholder trekantede defekter. Virkningen av epitaksiale pit-defekter på enhetens egenskaper er forskjellig fra triangulære defekter. Når det gjelder enhetsfeil, er feilraten for enheter som inneholder epitaksiale pit-defekter bare 47 %. Sammenlignet med trekantede defekter er virkningen av epitaksiale pitdefekter på de omvendte lekkasjekarakteristikkene og portlekkasjekarakteristikkene til enheten betydelig svekket, med degraderingsforhold på henholdsvis 53 % og 38 %, som vist i tabell 4.3. På den annen side er virkningen av epitaksiale pit-defekter på terskelspenningsegenskaper, kroppsdiodeledningsegenskaper og på-motstand større enn for trekantede defekter, med nedbrytningsforholdet når 38 %.
Generelt har to morfologiske defekter, nemlig trekanter og epitaksiale groper, en betydelig innvirkning på feilen og karakteristisk nedbrytning av SiC MOSFET-enheter. Eksistensen av trekantede defekter er den mest dødelige, med en feilrate så høy som 93%, hovedsakelig manifestert som en betydelig økning i omvendt lekkasje av enheten. Enheter som inneholdt epitaksiale pit-defekter hadde en lavere feilrate på 47 %. Epitaksiale pit-defekter har imidlertid større innvirkning på enhetens terskelspenning, kroppsdiodeledningsegenskaper og på-motstand enn trekantede defekter.
Innleggstid: 16. april 2024