Defeito triangular
Os defeitos triangulares são os defeitos morfológicos mais fatais nas camadas epitaxiais de SiC. Um grande número de relatos da literatura mostrou que a formação de defeitos triangulares está relacionada à forma do cristal 3C. No entanto, devido aos diferentes mecanismos de crescimento, a morfologia de muitos defeitos triangulares na superfície da camada epitaxial é bastante diferente. Pode ser dividido aproximadamente nos seguintes tipos:
(1) Existem defeitos triangulares com partículas grandes no topo
Esse tipo de defeito triangular possui uma grande partícula esférica na parte superior, que pode ser causada pela queda de objetos durante o processo de crescimento. Uma pequena área triangular com superfície rugosa pode ser observada abaixo deste vértice. Isto se deve ao fato de que durante o processo epitaxial, duas camadas diferentes de 3C-SiC são formadas sucessivamente na área triangular, das quais a primeira camada é nucleada na interface e cresce através do fluxo escalonado de 4H-SiC. À medida que a espessura da camada epitaxial aumenta, a segunda camada do politipo 3C nuclea e cresce em covas triangulares menores, mas a etapa de crescimento 4H não cobre completamente a área do politipo 3C, tornando a área do sulco em forma de V do 3C-SiC ainda claramente visível
(2) Existem pequenas partículas no topo e defeitos triangulares com superfície rugosa
As partículas nos vértices deste tipo de defeito triangular são muito menores, como mostra a Figura 4.2. E a maior parte da área triangular é coberta pelo fluxo escalonado de 4H-SiC, ou seja, toda a camada 3C-SiC está completamente embutida sob a camada 4H-SiC. Apenas as etapas de crescimento do 4H-SiC podem ser vistas na superfície do defeito triangular, mas essas etapas são muito maiores que as etapas convencionais de crescimento do cristal 4H.
(3) Defeitos triangulares com superfície lisa
Este tipo de defeito triangular possui morfologia de superfície lisa, conforme mostrado na Figura 4.3. Para tais defeitos triangulares, a camada 3C-SiC é coberta pelo fluxo escalonado de 4H-SiC, e a forma do cristal 4H na superfície torna-se mais fina e suave.
Defeitos da fossa epitaxial
As pontuações epitaxiais (Pits) são um dos defeitos de morfologia de superfície mais comuns, e sua morfologia de superfície típica e contorno estrutural são mostrados na Figura 4.4. A localização dos poços de corrosão do deslocamento de rosqueamento (TD) observados após o ataque com KOH na parte traseira do dispositivo tem uma correspondência clara com a localização dos poços epitaxiais antes da preparação do dispositivo, indicando que a formação de defeitos de poço epitaxial está relacionada a deslocamentos de rosqueamento.
defeitos de cenoura
Os defeitos cenoura são um defeito superficial comum nas camadas epitaxiais de 4H-SiC, e sua morfologia típica é mostrada na Figura 4.5. É relatado que o defeito cenoura é formado pela interseção de falhas de empilhamento da Francônia e prismáticas localizadas no plano basal conectadas por deslocamentos em forma de degrau. Também foi relatado que a formação de defeitos na cenoura está relacionada ao TSD no substrato. Tsuchida H. et al. descobriram que a densidade de defeitos de cenoura na camada epitaxial é proporcional à densidade de TSD no substrato. E comparando as imagens da morfologia da superfície antes e depois do crescimento epitaxial, todos os defeitos observados da cenoura podem corresponder ao TSD no substrato. Wu H. et al. usaram a caracterização do teste de espalhamento Raman para descobrir que os defeitos da cenoura não continham a forma cristalina 3C, mas apenas o politipo 4H-SiC.
Efeito de defeitos triangulares nas características do dispositivo MOSFET
A Figura 4.7 é um histograma da distribuição estatística de cinco características de um dispositivo contendo defeitos triangulares. A linha pontilhada azul é a linha divisória para degradação das características do dispositivo e a linha pontilhada vermelha é a linha divisória para falha do dispositivo. Para falhas de dispositivos, os defeitos triangulares têm grande impacto e a taxa de falhas é superior a 93%. Isto é atribuído principalmente à influência dos defeitos triangulares nas características de vazamento reverso dos dispositivos. Até 93% dos dispositivos contendo defeitos triangulares aumentaram significativamente o vazamento reverso. Além disso, os defeitos triangulares também têm um sério impacto nas características de vazamento da porta, com taxa de degradação de 60%. Conforme mostrado na Tabela 4.2, para degradação da tensão limite e degradação característica do diodo corporal, o impacto dos defeitos triangulares é pequeno e as proporções de degradação são 26% e 33%, respectivamente. Em termos de causar um aumento na resistência, o impacto dos defeitos triangulares é fraco e a taxa de degradação é de cerca de 33%.
Efeito dos defeitos da fossa epitaxial nas características do dispositivo MOSFET
A Figura 4.8 é um histograma da distribuição estatística de cinco características de um dispositivo contendo defeitos de fossetas epitaxiais. A linha pontilhada azul é a linha divisória para degradação das características do dispositivo e a linha pontilhada vermelha é a linha divisória para falha do dispositivo. Pode-se observar a partir disso que o número de dispositivos contendo defeitos de depressão epitaxial na amostra SiC MOSFET é equivalente ao número de dispositivos contendo defeitos triangulares. O impacto dos defeitos de fossetas epitaxiais nas características do dispositivo é diferente daquele dos defeitos triangulares. Em termos de falha do dispositivo, a taxa de falha de dispositivos contendo defeitos de fossa epitaxial é de apenas 47%. Em comparação com defeitos triangulares, o impacto dos defeitos de ponto epitaxial nas características de vazamento reverso e nas características de vazamento de porta do dispositivo é significativamente enfraquecido, com taxas de degradação de 53% e 38%, respectivamente, conforme mostrado na Tabela 4.3. Por outro lado, o impacto dos defeitos de ponto epitaxial nas características de tensão limite, nas características de condução do diodo corporal e na resistência é maior do que o dos defeitos triangulares, com a taxa de degradação atingindo 38%.
Em geral, dois defeitos morfológicos, nomeadamente triângulos e cavidades epitaxiais, têm um impacto significativo na falha e na degradação característica dos dispositivos MOSFET de SiC. A existência de defeitos triangulares é a mais fatal, com uma taxa de falhas que chega a 93%, manifestada principalmente como um aumento significativo no vazamento reverso do dispositivo. Dispositivos contendo defeitos de fossetas epitaxiais tiveram uma taxa de falha menor, de 47%. No entanto, os defeitos da depressão epitaxial têm um impacto maior na tensão limite do dispositivo, nas características de condução do diodo corporal e na resistência do que os defeitos triangulares.
Horário da postagem: 16 de abril de 2024