Trojuholníkový defekt
Trojuholníkové defekty sú najfatálnejšie morfologické defekty v epitaxných vrstvách SiC. Veľký počet správ v literatúre ukázal, že tvorba trojuholníkových defektov súvisí s kryštalickou formou 3C. V dôsledku rôznych rastových mechanizmov je však morfológia mnohých trojuholníkových defektov na povrchu epitaxnej vrstvy celkom odlišná. Dá sa zhruba rozdeliť do nasledujúcich typov:
(1) Existujú trojuholníkové defekty s veľkými časticami na vrchu
Tento typ trojuholníkového defektu má na vrchu veľkú guľovú časticu, ktorá môže byť spôsobená padajúcimi predmetmi počas procesu rastu. Z tohto vrcholu je možné pozorovať malú trojuholníkovú oblasť s drsným povrchom. Je to spôsobené tým, že počas epitaxného procesu sa v trojuholníkovej oblasti postupne vytvoria dve rôzne vrstvy 3C-SiC, z ktorých prvá vrstva je nukleovaná na rozhraní a rastie cez krokový tok 4H-SiC. Keď sa hrúbka epitaxnej vrstvy zväčšuje, druhá vrstva polytypu 3C nukleuje a rastie v menších trojuholníkových jamkách, ale krok rastu 4H úplne nepokrýva oblasť polytypu 3C, vďaka čomu je oblasť drážky v tvare V 3C-SiC stále zreteľná. viditeľné
(2) Na vrchu sú malé častice a trojuholníkové defekty s drsným povrchom
Častice vo vrcholoch tohto typu trojuholníkového defektu sú oveľa menšie, ako je znázornené na obrázku 4.2. A väčšina trojuholníkovej oblasti je pokrytá stupňovitým tokom 4H-SiC, to znamená, že celá vrstva 3C-SiC je úplne zapustená pod vrstvou 4H-SiC. Na povrchu trojuholníkového defektu je možné vidieť iba rastové kroky 4H-SiC, ale tieto kroky sú oveľa väčšie ako bežné kroky rastu kryštálov 4H.
(3) Trojuholníkové chyby s hladkým povrchom
Tento typ trojuholníkového defektu má hladkú povrchovú morfológiu, ako je znázornené na obrázku 4.3. Pre takéto trojuholníkové defekty je vrstva 3C-SiC pokrytá stupňovitým tokom 4H-SiC a kryštálová forma 4H na povrchu je jemnejšia a hladšia.
Epitaxné jamkové defekty
Epitaxné jamky (Pits) sú jedným z najčastejších defektov povrchovej morfológie a ich typická povrchová morfológia a štruktúrny obrys sú znázornené na obrázku 4.4. Umiestnenie koróznych jamiek s dislokáciou závitov (TD) pozorované po leptaní KOH na zadnej strane zariadenia jasne korešponduje s umiestnením epitaxných jamiek pred prípravou zariadenia, čo naznačuje, že tvorba defektov epitaxiálnych jamiek súvisí s dislokáciami na závitoch.
chyby mrkvy
Mrkvové defekty sú bežným povrchovým defektom v 4H-SiC epitaxných vrstvách a ich typická morfológia je znázornená na obrázku 4.5. Uvádza sa, že defekt mrkvy je tvorený priesečníkom franských a prizmatických stohovacích porúch umiestnených na bazálnej rovine spojených stupňovitými dislokáciami. Tiež sa uvádza, že tvorba defektov mrkvy súvisí s TSD v substráte. Tsuchida H. a kol. zistili, že hustota defektov mrkvy v epitaxnej vrstve je úmerná hustote TSD v substráte. A porovnaním obrazov povrchovej morfológie pred a po epitaxnom raste možno zistiť, že všetky pozorované defekty mrkvy zodpovedajú TSD v substráte. Wu H. a kol. použili charakterizáciu testu Ramanovho rozptylu, aby zistili, že defekty mrkvy neobsahovali 3C kryštalickú formu, ale iba 4H-SiC polytyp.
Vplyv trojuholníkových defektov na vlastnosti MOSFET zariadenia
Obrázok 4.7 je histogram štatistického rozdelenia piatich charakteristík zariadenia obsahujúceho trojuholníkové defekty. Modrá bodkovaná čiara je deliaca čiara pre degradáciu charakteristiky zariadenia a červená bodkovaná čiara je deliaca čiara pre poruchu zariadenia. Na zlyhanie zariadenia majú veľký vplyv trojuholníkové chyby a miera zlyhania je vyššia ako 93%. Pripisuje sa to najmä vplyvu trojuholníkových defektov na charakteristiky spätného úniku zariadení. Až 93 % zariadení obsahujúcich trojuholníkové defekty má výrazne zvýšený spätný únik. Okrem toho majú trojuholníkové defekty tiež vážny vplyv na charakteristiky úniku brány s mierou degradácie 60%. Ako je uvedené v tabuľke 4.2, pre degradáciu prahového napätia a degradáciu charakteristiky diódy tela je vplyv trojuholníkových defektov malý a podiely degradácie sú 26 % a 33 %. Pokiaľ ide o spôsobenie zvýšenia odporu, vplyv trojuholníkových defektov je slabý a pomer degradácie je približne 33 %.
Vplyv defektov epitaxnej jamky na charakteristiky zariadenia MOSFET
Obrázok 4.8 je histogram štatistického rozdelenia piatich charakteristík zariadenia obsahujúceho defekty epitaxnej jamky. Modrá bodkovaná čiara je deliaca čiara pre degradáciu charakteristiky zariadenia a červená bodkovaná čiara je deliaca čiara pre poruchu zariadenia. Z toho je možné vidieť, že počet zariadení obsahujúcich defekty epitaxnej jamky vo vzorke SiC MOSFET je ekvivalentný počtu zariadení obsahujúcich trojuholníkové defekty. Vplyv defektov epitaxnej jamky na charakteristiky zariadenia sa líši od vplyvu trojuholníkových defektov. Pokiaľ ide o poruchu zariadenia, miera zlyhania zariadení obsahujúcich defekty epitaxnej jamky je len 47 %. V porovnaní s trojuholníkovými defektmi je vplyv defektov epitaxnej jamky na charakteristiky spätného úniku a charakteristiky úniku brány zariadenia výrazne oslabený, s pomermi degradácie 53 % a 38 %, ako je uvedené v tabuľke 4.3. Na druhej strane, vplyv defektov epitaxnej jamky na charakteristiky prahového napätia, charakteristiky vedenia diódy tela a odpor je väčší ako vplyv trojuholníkových defektov, pričom pomer degradácie dosahuje 38 %.
Vo všeobecnosti dva morfologické defekty, a to trojuholníky a epitaxné jamky, majú významný vplyv na poruchu a charakteristickú degradáciu zariadení SiC MOSFET. Existencia trojuholníkových defektov je najfatálnejšia, s mierou zlyhania až 93%, ktorá sa prejavuje najmä ako výrazný nárast spätného úniku zariadenia. Zariadenia obsahujúce defekty epitaxnej jamky mali nižšiu poruchovosť o 47 %. Defekty epitaxiálnych jamiek však majú väčší vplyv na prahové napätie zariadenia, vodivostné charakteristiky diódy tela a odpor ako trojuholníkové defekty.
Čas odoslania: 16. apríla 2024