Trikotna napaka
Trikotne napake so najbolj usodne morfološke napake v epitaksialnih slojih SiC. Veliko število literarnih poročil je pokazalo, da je nastanek trikotnih napak povezan s kristalno obliko 3C. Vendar pa je zaradi različnih mehanizmov rasti morfologija številnih trikotnih defektov na površini epitaksialne plasti precej drugačna. V grobem ga lahko razdelimo na naslednje vrste:
(1) Obstajajo trikotne napake z velikimi delci na vrhu
Ta vrsta trikotne napake ima na vrhu velik sferičen delec, ki ga lahko povzročijo padajoči predmeti med procesom rasti. Navzdol od tega vrha je mogoče opaziti majhno trikotno območje z grobo površino. To je posledica dejstva, da se med epitaksialnim postopkom v trikotnem območju zaporedno oblikujeta dve različni plasti 3C-SiC, od katerih se prva plast nukleira na vmesniku in raste skozi stopenjski tok 4H-SiC. Ko se debelina epitaksialne plasti poveča, druga plast 3C politipa nukleira in raste v manjših trikotnih jamicah, vendar stopnja rasti 4H ne pokrije popolnoma območja 3C politipa, zaradi česar je območje žlebov v obliki črke V 3C-SiC še vedno jasno viden
(2) Na vrhu so majhni delci in trikotne napake z grobo površino
Delci na ogliščih te vrste trikotnega defekta so veliko manjši, kot je prikazano na sliki 4.2. In večino trikotnega območja pokriva stopenjski tok 4H-SiC, kar pomeni, da je celotna plast 3C-SiC popolnoma vdelana pod plast 4H-SiC. Na trikotni defektni površini je mogoče videti samo korake rasti 4H-SiC, vendar so ti koraki veliko večji od običajnih korakov rasti kristalov 4H.
(3) Trikotne napake z gladko površino
Ta vrsta trikotne napake ima gladko površinsko morfologijo, kot je prikazano na sliki 4.3. Pri takšnih trikotnih napakah je plast 3C-SiC pokrita s stopenjskim tokom 4H-SiC, kristalna oblika 4H na površini pa postane finejša in bolj gladka.
Epitaksialne jamičaste napake
Epitaksialne jamice (Pits) so ena najpogostejših površinskih morfoloških napak, njihova tipična površinska morfologija in strukturni oris pa sta prikazana na sliki 4.4. Lokacija korozijskih jam z dislokacijo navoja (TD), opažena po jedkanju s KOH na hrbtni strani naprave, se jasno ujema z lokacijo epitaksialnih jam pred pripravo naprave, kar kaže, da je tvorba napak epitaksialnih jam povezana z dislokacijami navojev.
pomanjkljivosti korenja
Korenčkove napake so pogosta površinska napaka v epitaksialnih slojih 4H-SiC, njihova značilna morfologija pa je prikazana na sliki 4.5. Poroča se, da je napaka korenčka nastala s presečiščem frankovskih in prizmatičnih napak zlaganja, ki se nahajajo na bazalni ravnini, povezani s stopničastimi dislokacijami. Poročali so tudi, da je nastanek napak korenčka povezan s TSD v substratu. Tsuchida H. et al. ugotovili, da je gostota napak korenčka v epitaksialni plasti sorazmerna z gostoto TSD v substratu. In s primerjavo slik površinske morfologije pred in po epitaksialni rasti je mogoče ugotoviti, da vse opažene napake korenčka ustrezajo TSD v substratu. Wu H. et al. uporabil karakterizacijo testa Ramanovega sipanja, da bi ugotovil, da defekti korenčka ne vsebujejo kristalne oblike 3C, temveč le politip 4H-SiC.
Vpliv trikotnih defektov na karakteristike naprave MOSFET
Slika 4.7 je histogram statistične porazdelitve petih karakteristik naprave, ki vsebuje trikotne napake. Modra pikčasta črta je ločnica za degradacijo lastnosti naprave, rdeča pikčasta črta pa je ločnica za okvaro naprave. Pri okvari naprave imajo trikotne napake velik vpliv, stopnja napake pa je večja od 93 %. To se v glavnem pripisuje vplivu trikotnih napak na karakteristike povratnega uhajanja naprav. Do 93 % naprav, ki vsebujejo trikotne napake, ima znatno povečano povratno puščanje. Poleg tega imajo trikotne napake tudi resen vpliv na značilnosti puščanja vrat, s stopnjo degradacije 60 %. Kot je prikazano v tabeli 4.2, je pri degradaciji mejne napetosti in degradaciji karakteristike ohišja diode vpliv trikotnih napak majhen, deleža degradacije pa znašata 26 % oziroma 33 %. V smislu povzročanja povečanja odpornosti proti vklopu je vpliv trikotnih napak šibek, razmerje degradacije pa je približno 33 %.
Vpliv napak epitaksialnih jamic na karakteristike naprave MOSFET
Slika 4.8 je histogram statistične porazdelitve petih značilnosti naprave, ki vsebuje epitaksialne napake vdolbinic. Modra pikčasta črta je ločnica za degradacijo lastnosti naprave, rdeča pikčasta črta pa je ločnica za okvaro naprave. Iz tega je razvidno, da je število naprav, ki vsebujejo napake v epitaksialnih jamicah v vzorcu SiC MOSFET, enakovredno številu naprav, ki vsebujejo trikotne napake. Vpliv napak epitaksialnih jamic na značilnosti naprave je drugačen od vpliva trikotnih napak. Kar zadeva napake naprav, je stopnja napak naprav, ki vsebujejo epitaksialne napake, le 47 %. V primerjavi s trikotnimi napakami je vpliv napak epitaksialnih jamic na značilnosti obratnega puščanja in značilnosti puščanja vrat naprave znatno oslabljen, z razmerji degradacije 53 % oziroma 38 %, kot je prikazano v tabeli 4.3. Po drugi strani pa je vpliv napak epitaksialnih jamic na karakteristike mejne napetosti, prevodnost diode telesa in odpornost proti vklopu večji kot pri trikotnih napakah, pri čemer razmerje degradacije doseže 38 %.
Na splošno imata dve morfološki napaki, in sicer trikotniki in epitaksialne jamice, pomemben vpliv na okvaro in značilno degradacijo SiC MOSFET naprav. Obstoj trikotnih napak je najbolj usoden, s stopnjo napak do 93 %, ki se v glavnem kaže kot znatno povečanje povratnega puščanja naprave. Naprave, ki so vsebovale napake v epitaksialnih jamicah, so imele nižjo stopnjo napak, 47 %. Vendar pa imajo napake epitaksialnih jamic večji vpliv na mejno napetost naprave, značilnosti prevodnosti telesnih diod in odpornost proti vklopu kot trikotne napake.
Čas objave: 16. aprila 2024