Efectele substratului SiC și ale materialelor epitaxiale asupra caracteristicilor dispozitivului MOSFET

Defect triunghiular

Defectele triunghiulare sunt cele mai fatale defecte morfologice în straturile epitaxiale de SiC. Un număr mare de rapoarte din literatură au arătat că formarea defectelor triunghiulare este legată de forma cristalului 3C. Cu toate acestea, datorită mecanismelor de creștere diferite, morfologia multor defecte triunghiulare de pe suprafața stratului epitaxial este destul de diferită. Poate fi împărțit aproximativ în următoarele tipuri:

(1) Există defecte triunghiulare cu particule mari în partea de sus

Acest tip de defect triunghiular are o particulă sferică mare în partea de sus, care poate fi cauzată de căderea obiectelor în timpul procesului de creștere. O mică zonă triunghiulară cu o suprafață rugoasă poate fi observată în jos de la acest vârf. Acest lucru se datorează faptului că în timpul procesului epitaxial, în zona triunghiulară se formează succesiv două straturi diferite de 3C-SiC, dintre care primul strat este nucleat la interfață și crește prin fluxul de etapă 4H-SiC. Pe măsură ce grosimea stratului epitaxial crește, al doilea strat de politip 3C se nucleează și crește în gropi triunghiulare mai mici, dar etapa de creștere 4H nu acoperă complet zona politipului 3C, ceea ce face ca zona canelurii în formă de V a 3C-SiC să fie încă clară. vizibil

(2) Există particule mici în partea de sus și defecte triunghiulare cu suprafață aspră

Particulele de la vârfurile acestui tip de defect triunghiular sunt mult mai mici, așa cum se arată în Figura 4.2. Și cea mai mare parte a zonei triunghiulare este acoperită de fluxul în trepte de 4H-SiC, adică întregul strat de 3C-SiC este complet încorporat sub stratul de 4H-SiC. Doar etapele de creștere ale 4H-SiC pot fi văzute pe suprafața defectului triunghiular, dar acești pași sunt mult mai mari decât etapele convenționale de creștere a cristalului 4H.

(3) Defecte triunghiulare cu suprafață netedă

Acest tip de defect triunghiular are o morfologie de suprafață netedă, așa cum se arată în Figura 4.3. Pentru astfel de defecte triunghiulare, stratul 3C-SiC este acoperit de fluxul treptat de 4H-SiC, iar forma de cristal 4H de la suprafață devine mai fină și mai netedă.

Defecte ale gropii epitaxiale

Gropile epitaxiale (Pits) sunt unul dintre cele mai comune defecte de morfologie de suprafață, iar morfologia lor tipică a suprafeței și conturul structural sunt prezentate în Figura 4.4. Locația gropilor de coroziune cu dislocarea filetului (TD) observate după gravarea KOH pe spatele dispozitivului are o corespondență clară cu locația gropilor epitaxiale înainte de pregătirea dispozitivului, indicând faptul că formarea defectelor gropii epitaxiale este legată de dislocarea filetului.

defecte morcov

Defectele morcov sunt un defect de suprafață comun în straturile epitaxiale 4H-SiC, iar morfologia lor tipică este prezentată în Figura 4.5. Defectul morcovului este raportat a fi format prin intersecția unor falii de stivuire franconiene și prismatice situate pe planul bazal conectate prin luxații în trepte. De asemenea, s-a raportat că formarea defectelor morcovului este legată de TSD în substrat. Tsuchida H. şi colab. a constatat că densitatea defectelor de morcov în stratul epitaxial este proporțională cu densitatea TSD din substrat. Și prin compararea imaginilor morfologiei de suprafață înainte și după creșterea epitaxială, se poate constata că toate defectele observate ale morcovului corespund TSD-ului din substrat. Wu H. şi colab. a folosit caracterizarea testului de împrăștiere Raman pentru a constata că defectele morcovului nu conțineau forma cristalină 3C, ci doar politipul 4H-SiC.

Efectul defectelor triunghiulare asupra caracteristicilor dispozitivului MOSFET

Figura 4.7 este o histogramă a distribuției statistice a cinci caracteristici ale unui dispozitiv care conține defecte triunghiulare. Linia punctată albastră este linia de despărțire pentru degradarea caracteristicilor dispozitivului, iar linia punctată roșie este linia de despărțire pentru defecțiunea dispozitivului. Pentru defecțiunile dispozitivului, defectele triunghiulare au un impact mare, iar rata de eșec este mai mare de 93%. Acest lucru este atribuit în principal influenței defectelor triunghiulare asupra caracteristicilor de scurgere inversă ale dispozitivelor. Până la 93% dintre dispozitivele care conțin defecte triunghiulare au o scurgere inversă crescută semnificativ. În plus, defectele triunghiulare au și un impact grav asupra caracteristicilor de scurgere a porții, cu o rată de degradare de 60%. După cum se arată în Tabelul 4.2, pentru degradarea tensiunii de prag și degradarea caracteristică a diodei corpului, impactul defectelor triunghiulare este mic, iar proporțiile de degradare sunt de 26% și, respectiv, 33%. În ceea ce privește cauzarea unei creșteri a rezistenței la pornire, impactul defectelor triunghiulare este slab, iar raportul de degradare este de aproximativ 33%.

Efectul defectelor gropii epitaxiale asupra caracteristicilor dispozitivului MOSFET

Figura 4.8 este o histogramă a distribuției statistice a cinci caracteristici ale unui dispozitiv care conține defecte ale gropii epitaxiale. Linia punctată albastră este linia de despărțire pentru degradarea caracteristicilor dispozitivului, iar linia punctată roșie este linia de despărțire pentru defecțiunea dispozitivului. Din aceasta se poate observa că numărul de dispozitive care conțin defecte epitaxiale din eșantionul MOSFET SiC este echivalent cu numărul de dispozitive care conțin defecte triunghiulare. Impactul defectelor gropii epitaxiale asupra caracteristicilor dispozitivului este diferit de cel al defectelor triunghiulare. În ceea ce privește defecțiunea dispozitivului, rata de defecțiune a dispozitivelor care conțin defecte epitaxiale este de doar 47%. În comparație cu defectele triunghiulare, impactul defectelor epitaxiale ale gropii asupra caracteristicilor de scurgere inversă și a caracteristicilor de scurgere de poartă ale dispozitivului este slăbit semnificativ, cu rate de degradare de 53% și, respectiv, 38%, așa cum se arată în Tabelul 4.3. Pe de altă parte, impactul defectelor epitaxiale ale gropii asupra caracteristicilor tensiunii de prag, a caracteristicilor de conducere a diodei corpului și a rezistenței la pornire este mai mare decât cel al defectelor triunghiulare, raportul de degradare ajungând la 38%.

În general, două defecte morfologice, și anume triunghiuri și gropi epitaxiale, au un impact semnificativ asupra defectării și degradării caracteristice a dispozitivelor MOSFET SiC. Existența defectelor triunghiulare este cea mai fatală, cu o rată de eșec de până la 93%, manifestată în principal ca o creștere semnificativă a scurgerii inverse a dispozitivului. Dispozitivele care conțin defecte ale gropii epitaxiale au avut o rată de eșec mai mică de 47%. Cu toate acestea, defectele gropii epitaxiale au un impact mai mare asupra tensiunii de prag a dispozitivului, a caracteristicilor de conducere a diodei corpului și a rezistenței la pornire decât defectele triunghiulare.