Khuyết tật hình tam giác
Khiếm khuyết hình tam giác là khiếm khuyết hình thái nghiêm trọng nhất trong các lớp epiticular SiC. Một số lượng lớn các báo cáo tài liệu đã chỉ ra rằng sự hình thành các khuyết tật hình tam giác có liên quan đến dạng tinh thể 3C. Tuy nhiên, do cơ chế phát triển khác nhau nên hình thái của nhiều khuyết tật hình tam giác trên bề mặt lớp epitaxy khá khác nhau. Nó có thể được chia đại khái thành các loại sau:
(1) Có khuyết tật hình tam giác với các hạt lớn ở phía trên
Loại khuyết tật hình tam giác này có một hạt hình cầu lớn ở phía trên, có thể do vật rơi xuống trong quá trình sinh trưởng. Một vùng hình tam giác nhỏ có bề mặt gồ ghề có thể được quan sát từ đỉnh này xuống. Điều này là do trong quá trình epiticular, hai lớp 3C-SiC khác nhau được hình thành liên tiếp trong khu vực hình tam giác, trong đó lớp đầu tiên được tạo mầm ở giao diện và phát triển qua dòng bước 4H-SiC. Khi độ dày của lớp epitaxy tăng lên, lớp thứ hai của polytype 3C tạo mầm và phát triển thành các hố hình tam giác nhỏ hơn, nhưng bước tăng trưởng 4H không bao phủ hoàn toàn vùng polytype 3C, khiến diện tích rãnh hình chữ V của 3C-SiC vẫn còn rõ nét. dễ thấy
(2) Có các hạt nhỏ ở phía trên và khuyết tật hình tam giác, bề mặt gồ ghề
Các hạt ở các đỉnh của loại khuyết tật hình tam giác này nhỏ hơn nhiều, như trong Hình 4.2. Và hầu hết diện tích hình tam giác được bao phủ bởi dòng chảy bước của 4H-SiC, nghĩa là toàn bộ lớp 3C-SiC được nhúng hoàn toàn dưới lớp 4H-SiC. Chỉ có thể nhìn thấy các bước tăng trưởng của 4H-SiC trên bề mặt khuyết tật hình tam giác, nhưng các bước này lớn hơn nhiều so với các bước tăng trưởng tinh thể 4H thông thường.
(3) Khuyết tật hình tam giác có bề mặt nhẵn
Loại khuyết tật hình tam giác này có hình thái bề mặt nhẵn, như trong Hình 4.3. Đối với các khuyết tật hình tam giác như vậy, lớp 3C-SiC được bao phủ bởi dòng chảy từng bước của 4H-SiC và dạng tinh thể 4H trên bề mặt phát triển mịn hơn và mịn hơn.
Khuyết tật hố epitaxy
Các hố epiticular (Pits) là một trong những khuyết tật hình thái bề mặt phổ biến nhất và hình thái bề mặt điển hình cũng như đường nét cấu trúc của chúng được thể hiện trong Hình 4.4. Vị trí của các hố ăn mòn lệch trục (TD) được quan sát thấy sau khi khắc KOH ở mặt sau của thiết bị có sự tương ứng rõ ràng với vị trí của các hố epiticular trước khi chuẩn bị thiết bị, cho thấy rằng sự hình thành các khuyết tật hố epiticular có liên quan đến trật khớp ren.
khuyết tật cà rốt
Khiếm khuyết cà rốt là khiếm khuyết bề mặt phổ biến ở các lớp epitaxy 4H-SiC và hình thái điển hình của chúng được thể hiện trong Hình 4.5. Khiếm khuyết cà rốt được cho là được hình thành do sự giao nhau của các đứt gãy xếp chồng Franconian và lăng trụ nằm trên mặt phẳng cơ bản được kết nối bởi các trật khớp giống như bậc thang. Người ta cũng báo cáo rằng sự hình thành khuyết tật của cà rốt có liên quan đến TSD trong chất nền. Tsuchida H. và cộng sự. nhận thấy rằng mật độ khuyết tật của cà rốt trong lớp epitaxy tỷ lệ thuận với mật độ TSD trong chất nền. Và bằng cách so sánh các hình ảnh hình thái bề mặt trước và sau khi tăng trưởng epiticular, tất cả các khiếm khuyết quan sát được ở cà rốt có thể được tìm thấy tương ứng với TSD trong chất nền. Wu H. và cộng sự. đã sử dụng đặc tính thử nghiệm tán xạ Raman để phát hiện ra rằng các khuyết tật của cà rốt không chứa dạng tinh thể 3C mà chỉ có polytype 4H-SiC.
Ảnh hưởng của khuyết tật hình tam giác đến đặc tính của thiết bị MOSFET
Hình 4.7 là biểu đồ phân bố thống kê năm đặc tính của một thiết bị có khuyết tật hình tam giác. Đường chấm màu xanh lam là đường phân chia cho sự suy giảm đặc tính của thiết bị và đường chấm màu đỏ là đường phân chia cho lỗi thiết bị. Đối với lỗi thiết bị, khuyết tật hình tam giác có ảnh hưởng lớn và tỷ lệ lỗi lớn hơn 93%. Điều này chủ yếu là do ảnh hưởng của khuyết tật hình tam giác đến đặc tính rò rỉ ngược của thiết bị. Có tới 93% thiết bị có khuyết tật hình tam giác có hiện tượng rò rỉ ngược tăng lên đáng kể. Ngoài ra, các khuyết tật hình tam giác cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến đặc tính rò rỉ của cổng, với tỷ lệ xuống cấp là 60%. Như thể hiện trong Bảng 4.2, đối với sự suy giảm điện áp ngưỡng và sự suy giảm đặc tính của diode cơ thể, tác động của khuyết tật hình tam giác là nhỏ và tỷ lệ suy giảm lần lượt là 26% và 33%. Về mặt gây ra sự gia tăng sức đề kháng, tác động của khuyết tật hình tam giác là yếu và tỷ lệ suy thoái là khoảng 33%.
Ảnh hưởng của khuyết tật hố epiticular đến đặc tính của thiết bị MOSFET
Hình 4.8 là biểu đồ phân bố thống kê năm đặc điểm của một thiết bị có khuyết tật hố epiticular. Đường chấm màu xanh lam là đường phân chia cho sự suy giảm đặc tính của thiết bị và đường chấm màu đỏ là đường phân chia cho lỗi thiết bị. Từ đó có thể thấy rằng số lượng thiết bị chứa khuyết tật hố epiticular trong mẫu SiC MOSFET tương đương với số lượng thiết bị chứa khuyết tật hình tam giác. Tác động của khuyết tật hố epiticular đến đặc tính của thiết bị khác với tác động của khuyết tật hình tam giác. Về lỗi thiết bị, tỷ lệ lỗi của thiết bị có khuyết tật hố epiticular chỉ là 47%. So với các khuyết tật hình tam giác, tác động của khuyết tật hố epiticular đến đặc tính rò rỉ ngược và đặc tính rò rỉ cổng của thiết bị bị suy yếu đáng kể, với tỷ lệ suy giảm lần lượt là 53% và 38%, như trong Bảng 4.3. Mặt khác, tác động của khuyết tật hố epiticular đến đặc tính điện áp ngưỡng, đặc tính dẫn điện của diode cơ thể và điện trở trên lớn hơn so với khuyết tật hình tam giác, với tỷ lệ suy giảm đạt tới 38%.
Nhìn chung, hai khiếm khuyết về hình thái là hình tam giác và hố epiticular có tác động đáng kể đến sự hỏng hóc và suy giảm đặc tính của thiết bị SiC MOSFET. Sự tồn tại của các khuyết tật hình tam giác là nguy hiểm nhất, với tỷ lệ hư hỏng lên tới 93%, biểu hiện chủ yếu là sự rò rỉ ngược của thiết bị tăng đáng kể. Các thiết bị có khuyết tật hố epiticular có tỷ lệ hỏng hóc thấp hơn là 47%. Tuy nhiên, khuyết tật hố epiticular có ảnh hưởng lớn hơn đến điện áp ngưỡng của thiết bị, đặc tính dẫn điện của diode thân và điện trở so với khuyết tật hình tam giác.
Thời gian đăng: 16-04-2024