Wada trójkątna
Defekty trójkątne są najgroźniejszymi defektami morfologicznymi warstw epitaksjalnych SiC. W dużej liczbie doniesień literaturowych wykazano, że powstawanie defektów trójkątnych jest związane z formą kryształu 3C. Jednak ze względu na różne mechanizmy wzrostu morfologia wielu trójkątnych defektów na powierzchni warstwy epitaksjalnej jest zupełnie inna. Można go z grubsza podzielić na następujące typy:
(1) Na górze znajdują się trójkątne defekty z dużymi cząstkami
Ten typ trójkątnej wady ma dużą kulistą cząstkę na górze, która może być spowodowana spadającymi przedmiotami podczas procesu wzrostu. Od tego wierzchołka można obserwować w dół mały trójkątny obszar o chropowatej powierzchni. Wynika to z faktu, że podczas procesu epitaksjalnego w obszarze trójkątnym tworzą się kolejno dwie różne warstwy 3C-SiC, z czego pierwsza warstwa jest zarodkowana na granicy faz i narasta w stopniowym przepływie 4H-SiC. Wraz ze wzrostem grubości warstwy epitaksjalnej druga warstwa politypu 3C zarodkuje i rośnie w mniejszych trójkątnych wgłębieniach, ale etap wzrostu 4H nie pokrywa całkowicie obszaru politypu 3C, co sprawia, że obszar rowka 3C-SiC w kształcie litery V jest nadal wyraźny widoczny
(2) Na górze znajdują się małe cząstki i trójkątne defekty o chropowatej powierzchni
Cząstki na wierzchołkach tego typu trójkątnego defektu są znacznie mniejsze, jak pokazano na rysunku 4.2. Większą część obszaru trójkątnego pokrywa schodkowy przepływ 4H-SiC, to znaczy cała warstwa 3C-SiC jest całkowicie osadzona pod warstwą 4H-SiC. Na trójkątnej powierzchni defektu można zobaczyć tylko etapy wzrostu 4H-SiC, ale etapy te są znacznie większe niż konwencjonalne etapy wzrostu kryształów 4H.
(3) Defekty trójkątne o gładkiej powierzchni
Ten typ trójkątnego defektu ma gładką morfologię powierzchni, jak pokazano na rysunku 4.3. W przypadku takich trójkątnych defektów warstwa 3C-SiC jest pokryta schodkowym przepływem 4H-SiC, a postać kryształu 4H na powierzchni staje się delikatniejsza i gładsza.
Defekty epitaksjalne
Wżery epitaksjalne (wżery) są jednymi z najczęstszych defektów morfologii powierzchni, a ich typową morfologię powierzchni i zarys strukturalny pokazano na rysunku 4.4. Położenie wżerów korozyjnych z przemieszczeniem gwintu (TD) zaobserwowane po trawieniu KOH na tylnej części urządzenia ma wyraźną zgodność z lokalizacją wżerów epitaksjalnych przed przygotowaniem urządzenia, co wskazuje, że powstawanie wżerów epitaksjalnych jest związane z przemieszczeniami gwintu.
wady marchwi
Wady marchwi są częstym defektem powierzchniowym warstw epitaksjalnych 4H-SiC, a ich typową morfologię przedstawiono na rysunku 4.5. Uważa się, że defekt marchwi powstaje w wyniku przecięcia się uskoków frankońskich i pryzmatycznych, zlokalizowanych w płaszczyźnie podstawowej, połączonych schodkowymi dyslokacjami. Donoszono również, że powstawanie wad marchwi jest związane z TSD w podłożu. Tsuchida H. i in. stwierdzili, że gęstość defektów marchwi w warstwie epitaksjalnej jest proporcjonalna do gęstości TSD w podłożu. Porównując obrazy morfologii powierzchni przed i po wzroście epitaksjalnym, można stwierdzić, że wszystkie zaobserwowane defekty marchwi odpowiadają TSD w podłożu. Wu H. i in. wykorzystali charakterystykę testu rozpraszania Ramana, aby stwierdzić, że defekty marchwi nie zawierają postaci krystalicznej 3C, a jedynie polityp 4H-SiC.
Wpływ defektów trójkątnych na charakterystykę urządzenia MOSFET
Rysunek 4.7 przedstawia histogram rozkładu statystycznego pięciu cech urządzenia zawierającego defekty trójkątne. Niebieska linia przerywana to linia podziału degradacji charakterystyki urządzenia, a czerwona linia przerywana to linia podziału awarii urządzenia. W przypadku awarii urządzenia duży wpływ mają defekty trójkątne, a wskaźnik awaryjności przekracza 93%. Przypisuje się to głównie wpływowi defektów trójkątnych na charakterystykę upływu wstecznego urządzeń. Aż 93% urządzeń zawierających defekty trójkątne charakteryzuje się znacznym wzrostem upływu zwrotnego. Ponadto defekty trójkątne mają również poważny wpływ na charakterystykę upływu bramki, przy szybkości degradacji wynoszącej 60%. Jak pokazano w tabeli 4.2, w przypadku degradacji napięcia progowego i degradacji charakterystyki korpusu diody wpływ defektów trójkątnych jest niewielki, a proporcje degradacji wynoszą odpowiednio 26% i 33%. Jeśli chodzi o powodowanie wzrostu rezystancji włączenia, wpływ defektów trójkątnych jest słaby, a stopień degradacji wynosi około 33%.
Wpływ defektów wżerów epitaksjalnych na charakterystykę urządzenia MOSFET
Rysunek 4.8 to histogram rozkładu statystycznego pięciu cech urządzenia zawierającego defekty wżerów epitaksjalnych. Niebieska linia przerywana to linia podziału degradacji charakterystyki urządzenia, a czerwona linia przerywana to linia podziału awarii urządzenia. Można z tego zauważyć, że liczba urządzeń zawierających defekty epitaksjalne w próbce MOSFET SiC jest równa liczbie urządzeń zawierających defekty trójkątne. Wpływ defektów epitaksjalnych na charakterystykę urządzenia jest inny niż defektów trójkątnych. Jeśli chodzi o awaryjność urządzeń, awaryjność urządzeń zawierających defekty epitaksjalne wynosi jedynie 47%. W porównaniu z defektami trójkątnymi wpływ defektów wżerów epitaksjalnych na charakterystykę upływu zwrotnego i charakterystykę upływu bramkowego urządzenia jest znacznie osłabiony, przy współczynnikach degradacji odpowiednio 53% i 38%, jak pokazano w tabeli 4.3. Z drugiej strony wpływ defektów epitaksjalnych na charakterystykę napięcia progowego, charakterystykę przewodzenia diody korpusowej i rezystancję włączenia jest większy niż defektów trójkątnych, a stopień degradacji sięga 38%.
Ogólnie rzecz biorąc, dwa defekty morfologiczne, a mianowicie trójkąty i wżery epitaksjalne, mają znaczący wpływ na awaryjność i charakterystyczną degradację urządzeń MOSFET SiC. Najbardziej śmiertelne są wady trójkątne, których awaryjność sięga 93% i objawia się głównie znacznym wzrostem upływu wstecznego urządzenia. Urządzenia zawierające defekty epitaksjalne miały niższy wskaźnik awaryjności wynoszący 47%. Jednakże defekty epitaksjalne wgłębień mają większy wpływ na napięcie progowe urządzenia, charakterystykę przewodzenia diody korpusu i rezystancję włączenia niż defekty trójkątne.
Czas publikacji: 16 kwietnia 2024 r