ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม
ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมคือข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาที่ร้ายแรงที่สุดในชั้นเยื่อบุผิว SiC รายงานวรรณกรรมจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมเกี่ยวข้องกับรูปแบบผลึก 3C อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกลไกการเติบโตที่แตกต่างกัน สัณฐานวิทยาของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมจำนวนมากบนพื้นผิวของชั้น epitaxis จึงค่อนข้างแตกต่างกัน สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นประเภทต่างๆ ดังนี้
(1) มีข้อบกพร่องเป็นรูปสามเหลี่ยมโดยมีอนุภาคขนาดใหญ่อยู่ด้านบน
ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมประเภทนี้มีอนุภาคทรงกลมขนาดใหญ่ที่ด้านบน ซึ่งอาจเกิดจากวัตถุตกลงมาในระหว่างกระบวนการเติบโต พื้นที่สามเหลี่ยมเล็กๆ ที่มีพื้นผิวขรุขระสามารถสังเกตได้จากจุดยอดนี้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในระหว่างกระบวนการอีพิแทกเซียล ชั้น 3C-SiC ที่แตกต่างกันสองชั้นถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องในพื้นที่สามเหลี่ยม ซึ่งชั้นแรกถูกสร้างนิวเคลียสที่ส่วนต่อประสานและเติบโตผ่านโฟลว์ขั้นตอน 4H-SiC เมื่อความหนาของชั้น epitaxis เพิ่มขึ้น ชั้นที่สองของ 3C polytype จะเกิดนิวเคลียสและเติบโตในหลุมสามเหลี่ยมที่มีขนาดเล็กลง แต่ขั้นตอนการเติบโต 4H ไม่ได้ครอบคลุมพื้นที่ 3C polytype ทั้งหมด ทำให้พื้นที่ร่องรูปตัว V ของ 3C-SiC ยังคงชัดเจน มองเห็นได้
(2) มีอนุภาคขนาดเล็กที่ด้านบนและมีข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมที่มีพื้นผิวขรุขระ
อนุภาคที่จุดยอดของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมประเภทนี้มีขนาดเล็กกว่ามาก ดังแสดงในรูปที่ 4.2 และพื้นที่สามเหลี่ยมส่วนใหญ่ถูกปกคลุมไปด้วยการไหลแบบขั้นตอนของ 4H-SiC กล่าวคือ ชั้น 3C-SiC ทั้งหมดจะถูกฝังอยู่ใต้ชั้น 4H-SiC อย่างสมบูรณ์ มองเห็นได้เฉพาะขั้นตอนการเติบโตของ 4H-SiC บนพื้นผิวที่มีข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม แต่ขั้นตอนเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าขั้นตอนการเติบโตของคริสตัล 4H ทั่วไปมาก
(3) ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมที่มีพื้นผิวเรียบ
ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมประเภทนี้มีสัณฐานวิทยาพื้นผิวเรียบ ดังแสดงในรูปที่ 4.3 สำหรับข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมดังกล่าว ชั้น 3C-SiC ถูกปกคลุมไปด้วยการไหลแบบขั้นตอนของ 4H-SiC และรูปแบบคริสตัล 4H บนพื้นผิวจะละเอียดและเรียบเนียนยิ่งขึ้น
ข้อบกพร่องของหลุม Epitaxis
หลุม epitaxial (หลุม) เป็นหนึ่งในข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่พบบ่อยที่สุด และสัณฐานวิทยาของพื้นผิวและโครงร่างโดยทั่วไปจะแสดงในรูปที่ 4.4 ตำแหน่งของหลุมกัดกร่อนของเกลียวเคลื่อน (TD) ที่สังเกตได้หลังจากการกัดด้วย KOH ที่ด้านหลังของอุปกรณ์ มีความสอดคล้องกันอย่างชัดเจนกับตำแหน่งของหลุมที่เยื่อบุผิวก่อนการเตรียมอุปกรณ์ ซึ่งบ่งชี้ว่าการก่อตัวของข้อบกพร่องของหลุมที่เยื่อบุผิวเกี่ยวข้องกับความคลาดเคลื่อนของเกลียว
ข้อบกพร่องของแครอท
ข้อบกพร่องของแครอทเป็นข้อบกพร่องที่พื้นผิวทั่วไปในชั้นอีพิแทกเซียล 4H-SiC และลักษณะทางสัณฐานวิทยาโดยทั่วไปของพวกมันจะแสดงอยู่ในรูปที่ 4.5 ข้อบกพร่องของแครอทรายงานว่าเกิดขึ้นจากจุดตัดของรอยเลื่อนแบบฟรังโกเนียนและรอยเลื่อนแบบปริซึมซึ่งตั้งอยู่บนระนาบฐานที่เชื่อมต่อกันด้วยความคลาดเคลื่อนแบบขั้นบันได มีรายงานด้วยว่าการก่อตัวของข้อบกพร่องของแครอทเกี่ยวข้องกับ TSD ในสารตั้งต้น ซึชิดะ เอช. และคณะ พบว่าความหนาแน่นของข้อบกพร่องของแครอทในชั้น epitaxis นั้นแปรผันกับความหนาแน่นของ TSD ในสารตั้งต้น และโดยการเปรียบเทียบภาพสัณฐานวิทยาของพื้นผิวก่อนและหลังการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว จะพบว่าข้อบกพร่องของแครอทที่สังเกตได้ทั้งหมดนั้นสอดคล้องกับ TSD ในสารตั้งต้น วู เอช. และคณะ. ใช้การทดสอบการกระเจิงของรามานเพื่อค้นหาข้อบกพร่องของแครอทไม่มีรูปแบบผลึก 3C แต่มีเพียงโพลีไทป์ 4H-SiC เท่านั้น
ผลกระทบของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมต่อคุณลักษณะของอุปกรณ์ MOSFET
รูปที่ 4.7 เป็นฮิสโตแกรมของการแจกแจงทางสถิติของคุณลักษณะห้าประการของอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม เส้นประสีน้ำเงินคือเส้นแบ่งการเสื่อมคุณลักษณะของอุปกรณ์ และเส้นประสีแดงคือเส้นแบ่งความล้มเหลวของอุปกรณ์ สำหรับความล้มเหลวของอุปกรณ์ ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมมีผลกระทบอย่างมาก และอัตราความล้มเหลวมากกว่า 93% สาเหตุหลักมาจากอิทธิพลของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมต่อลักษณะการรั่วไหลย้อนกลับของอุปกรณ์ อุปกรณ์มากถึง 93% ที่มีข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมมีการรั่วไหลย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมยังส่งผลกระทบร้ายแรงต่อลักษณะการรั่วไหลของเกต โดยมีอัตราการย่อยสลายถึง 60% ดังที่แสดงในตาราง 4.2 สำหรับการเสื่อมสภาพของแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์และการเสื่อมสภาพของลักษณะเฉพาะของไดโอดตัวถัง ผลกระทบของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมมีน้อย และสัดส่วนการย่อยสลายคือ 26% และ 33% ตามลำดับ ในแง่ของการทำให้ค่าความต้านทานออนเพิ่มขึ้น ผลกระทบของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมนั้นอ่อนแอ และอัตราส่วนการย่อยสลายอยู่ที่ประมาณ 33%
ผลของข้อบกพร่องของหลุม epitaxis ต่อคุณลักษณะของอุปกรณ์ MOSFET
รูปที่ 4.8 เป็นฮิสโตแกรมของการกระจายทางสถิติของคุณลักษณะห้าประการของอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องของหลุมเยื่อบุผิว เส้นประสีน้ำเงินคือเส้นแบ่งการเสื่อมคุณลักษณะของอุปกรณ์ และเส้นประสีแดงคือเส้นแบ่งความล้มเหลวของอุปกรณ์ จากนี้จะเห็นได้ว่าจำนวนอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องของ epitaxis pit ในตัวอย่าง SiC MOSFET เท่ากับจำนวนอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม ผลกระทบของข้อบกพร่องของหลุม epitaxis ต่อคุณลักษณะของอุปกรณ์นั้นแตกต่างจากข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม ในแง่ของความล้มเหลวของอุปกรณ์ อัตราความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องของ epitaxis pit อยู่ที่เพียง 47% เท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบกับข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม ผลกระทบของข้อบกพร่องหลุม epitaxis ต่อลักษณะการรั่วไหลแบบย้อนกลับและลักษณะการรั่วไหลของประตูของอุปกรณ์จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีอัตราส่วนการย่อยสลายที่ 53% และ 38% ตามลำดับ ดังแสดงในตารางที่ 4.3 ในทางกลับกัน ผลกระทบของข้อบกพร่องหลุม epitaxis ต่อคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ คุณลักษณะการนำไดโอดของตัวเครื่อง และความต้านทานออนมีค่ามากกว่าข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม โดยมีอัตราส่วนการย่อยสลายถึง 38%
โดยทั่วไป ข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาสองประการ ได้แก่ สามเหลี่ยมและหลุม epitaxis มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความล้มเหลวและการเสื่อมสภาพตามลักษณะของอุปกรณ์ SiC MOSFET การมีอยู่ของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมเป็นอันตรายถึงชีวิตมากที่สุด โดยมีอัตราความล้มเหลวสูงถึง 93% โดยส่วนใหญ่ปรากฏว่ามีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการรั่วไหลแบบย้อนกลับของอุปกรณ์ อุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องของหลุมเยื่อบุผิวมีอัตราความล้มเหลวต่ำกว่า 47% อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องของหลุม epitaxis มีผลกระทบต่อแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของอุปกรณ์ คุณลักษณะการนำไดโอดของตัวเครื่อง และความต้านทานออนมากกว่าข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม
เวลาโพสต์: 16 เม.ย.-2024