Триъгълен дефект
Триъгълните дефекти са най-фаталните морфологични дефекти в епитаксиалните слоеве SiC. Голям брой литературни доклади показват, че образуването на триъгълни дефекти е свързано с кристалната форма 3C. Въпреки това, поради различните механизми на растеж, морфологията на много триъгълни дефекти на повърхността на епитаксиалния слой е доста различна. Тя може грубо да се раздели на следните видове:
(1) Има триъгълни дефекти с големи частици в горната част
Този тип триъгълен дефект има голяма сферична частица в горната част, която може да е причинена от падащи предмети по време на процеса на растеж. От този връх надолу може да се наблюдава малка триъгълна област с грапава повърхност. Това се дължи на факта, че по време на епитаксиалния процес в триъгълната област последователно се образуват два различни 3C-SiC слоя, от които първият слой се зародишва на границата на разделяне и расте през стъпаловия поток 4H-SiC. С увеличаване на дебелината на епитаксиалния слой, вторият слой от 3C политип се зародишва и расте в по-малки триъгълни вдлъбнатини, но 4H стъпката на растеж не покрива напълно областта на 3C политипа, което прави V-образната област на жлеба на 3C-SiC все още ясно видима.
(2) Има малки частици в горната част и триъгълни дефекти с грапава повърхност
Частиците във върховете на този тип триъгълен дефект са много по-малки, както е показано на Фигура 4.2. И по-голямата част от триъгълната област е покрита от стъпаловиден поток на 4H-SiC, т.е. целият 3C-SiC слой е изцяло вграден под 4H-SiC слоя. Само стъпките на растеж на 4H-SiC могат да се видят върху повърхността на триъгълния дефект, но тези стъпки са много по-големи от конвенционалните стъпки на растеж на 4H кристали.
(3) Триъгълни дефекти с гладка повърхност
Този тип триъгълен дефект има гладка повърхностна морфология, както е показано на Фигура 4.3. При такива триъгълни дефекти слоят 3C-SiC е покрит от стъпаловиден поток от 4H-SiC, а кристалната форма 4H на повърхността става по-фина и гладка.
Епитаксиални дефекти в ямките
Епитаксиалните ямки (Pits) са едни от най-често срещаните дефекти в повърхностната морфология, а типичната им повърхностна морфология и структурен контур са показани на Фигура 4.4. Местоположението на корозионните ямки от резбовидни дислокации (TD), наблюдавани след ецване с KOH на гърба на устройството, има ясно съответствие с местоположението на епитаксиалните ямки преди подготовката на устройството, което показва, че образуването на епитаксиални ямкови дефекти е свързано с резбовидни дислокации.
дефекти на морковите
Дефектите в морковите са често срещан повърхностен дефект в 4H-SiC епитаксиалните слоеве, а типичната им морфология е показана на Фигура 4.5. Съобщава се, че дефектът в морковите се образува от пресечната точка на франконски и призматични дефекти на подреждане, разположени в базалната равнина, свързани чрез стъпаловидни дислокации. Съобщава се също, че образуването на дефекти в морковите е свързано с TSD (разсейване на топологията на морковите) в субстрата. Tsuchida H. et al. установяват, че плътността на дефектите в морковите в епитаксиалния слой е пропорционална на плътността на TSD в субстрата. И чрез сравняване на изображенията на повърхностната морфология преди и след епитаксиален растеж, може да се установи, че всички наблюдавани дефекти в морковите съответстват на TSD в субстрата. Wu H. et al. използват характеризиране с тест за раманово разсейване, за да установят, че дефектите в морковите не съдържат кристалната форма 3C, а само политипа 4H-SiC.
Влияние на триъгълните дефекти върху характеристиките на MOSFET устройствата
Фигура 4.7 е хистограма на статистическото разпределение на пет характеристики на устройство, съдържащо триъгълни дефекти. Синята пунктирана линия е разделителната линия за влошаване на характеристиките на устройството, а червената пунктирана линия е разделителната линия за повреда на устройството. При повреда на устройството, триъгълните дефекти имат голямо влияние, а процентът на повреди е по-голям от 93%. Това се дължи главно на влиянието на триъгълните дефекти върху характеристиките на обратна теч на устройствата. До 93% от устройствата, съдържащи триъгълни дефекти, имат значително повишена обратна теч. Освен това, триъгълните дефекти също имат сериозно влияние върху характеристиките на теч на затвора, със степен на влошаване от 60%. Както е показано в Таблица 4.2, при влошаване на праговото напрежение и влошаване на характеристиките на корпусния диод, влиянието на триъгълните дефекти е малко, а пропорциите на влошаване са съответно 26% и 33%. По отношение на причиняване на увеличение на съпротивлението във включено състояние, влиянието на триъгълните дефекти е слабо, а коефициентът на влошаване е около 33%.
Влияние на епитаксиалните дефекти в ямките върху характеристиките на MOSFET устройствата
Фигура 4.8 е хистограма на статистическото разпределение на пет характеристики на устройство, съдържащо епитаксиални ямкови дефекти. Синята пунктирана линия е разделителната линия за влошаване на характеристиките на устройството, а червената пунктирана линия е разделителната линия за повреда на устройството. От това може да се види, че броят на устройствата, съдържащи епитаксиални ямкови дефекти в SiC MOSFET пробата, е еквивалентен на броя на устройствата, съдържащи триъгълни дефекти. Влиянието на епитаксиалните ямкови дефекти върху характеристиките на устройството е различно от това на триъгълните дефекти. По отношение на повредата на устройството, процентът на повреда на устройствата, съдържащи епитаксиални ямкови дефекти, е само 47%. В сравнение с триъгълните дефекти, влиянието на епитаксиалните ямкови дефекти върху характеристиките на обратната течливост и характеристиките на течливост на затвора на устройството е значително отслабено, със съотношения на влошаване съответно 53% и 38%, както е показано в Таблица 4.3. От друга страна, влиянието на епитаксиалните ямкови дефекти върху характеристиките на праговото напрежение, характеристиките на проводимост на корпусния диод и съпротивлението във включено състояние е по-голямо от това на триъгълните дефекти, като коефициентът на влошаване достига 38%.
Като цяло, два морфологични дефекта, а именно триъгълници и епитаксиални ямки, имат значително влияние върху повредата и деградацията на характеристиките на SiC MOSFET устройствата. Наличието на триъгълни дефекти е най-фаталният, с процент на повреди до 93%, проявяващ се главно като значително увеличение на обратния теч на устройството. Устройствата, съдържащи епитаксиални ямкови дефекти, имат по-нисък процент на повреди от 47%. Епитаксиалните ямкови дефекти обаче имат по-голямо влияние върху праговото напрежение на устройството, характеристиките на проводимост на корпусния диод и съпротивлението във включено състояние, отколкото триъгълните дефекти.
Време на публикуване: 16 април 2024 г.