Trouglasti defekt
Trouglasti defekti su najfatalniji morfološki defekti u SiC epitaksijalnim slojevima. Veliki broj literaturnih izvještaja pokazao je da je formiranje trouglastih defekata povezano s kristalnim oblikom 3C. Međutim, zbog različitih mehanizama rasta, morfologija mnogih trouglastih defekata na površini epitaksijalnog sloja je prilično različita. Može se grubo podijeliti na sljedeće tipove:
(1) Postoje trouglasti defekti s velikim česticama na vrhu
Ovaj tip trouglastog defekta ima veliku sfernu česticu na vrhu, koja može biti uzrokovana padom predmeta tokom procesa rasta. Malo trouglasto područje sa hrapavom površinom može se uočiti prema dolje od ovog vrha. To je zbog činjenice da se tokom epitaksijalnog procesa, dva različita 3C-SiC sloja sukcesivno formiraju u trouglastom području, od kojih se prvi sloj nukleira na granici i raste kroz stepenasti tok 4H-SiC. Kako se debljina epitaksijalnog sloja povećava, drugi sloj 3C politipa nukleira i raste u manjim trouglastim udubljenjima, ali korak rasta 4H ne pokriva u potpunosti područje 3C politipa, čineći područje žljeba u obliku slova V 3C-SiC i dalje jasno vidljivim.
(2) Na vrhu se nalaze male čestice i trouglasti defekti s hrapavom površinom
Čestice na vrhovima ove vrste trouglastog defekta su mnogo manje, kao što je prikazano na slici 4.2. Većina trouglastog područja je prekrivena stepenastim tokom 4H-SiC, odnosno cijeli sloj 3C-SiC je potpuno ugrađen ispod sloja 4H-SiC. Na površini trouglastog defekta mogu se vidjeti samo koraci rasta 4H-SiC, ali ti koraci su mnogo veći od konvencionalnih koraka rasta kristala 4H.
(3) Trouglasti defekti sa glatkom površinom
Ova vrsta trouglastog defekta ima glatku površinsku morfologiju, kao što je prikazano na slici 4.3. Kod takvih trouglastih defekata, sloj 3C-SiC je prekriven stepenastim tokom 4H-SiC, a kristalni oblik 4H na površini postaje finiji i glatkiji.
Epitaksijalni defekti u jamicama
Epitaksijalne udubine (Pits) su jedni od najčešćih defekata površinske morfologije, a njihova tipična površinska morfologija i strukturni obris prikazani su na slici 4.4. Lokacija korozijskih udubljenja uslijed navojnih dislokacija (TD) uočenih nakon nagrizanja KOH-om na stražnjoj strani uređaja ima jasnu korespondenciju s lokacijom epitaksijalnih udubljenja prije pripreme uređaja, što ukazuje na to da je formiranje epitaksijalnih defekata povezano s dislokacijama uslijed navoja.
nedostaci mrkve
Defekti mrkve su uobičajeni površinski defekti u 4H-SiC epitaksijalnim slojevima, a njihova tipična morfologija prikazana je na slici 4.5. Navodi se da defekt mrkve nastaje presjekom frankonskih i prizmatičnih grešaka slaganja smještenih na bazalnoj ravni povezanim stepenastim dislokacijama. Također je objavljeno da je formiranje defekata mrkve povezano sa TSD-om u supstratu. Tsuchida H. i saradnici su otkrili da je gustoća defekata mrkve u epitaksijalnom sloju proporcionalna gustoći TSD-a u supstratu. Upoređivanjem slika površinske morfologije prije i nakon epitaksijalnog rasta, može se utvrditi da svi uočeni defekti mrkve odgovaraju TSD-u u supstratu. Wu H. i saradnici su koristili karakterizaciju Ramanovog testa raspršenja kako bi otkrili da defekti mrkve ne sadrže kristalni oblik 3C, već samo 4H-SiC politip.
Utjecaj trokutastih defekata na karakteristike MOSFET uređaja
Slika 4.7 je histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži trouglaste defekte. Plava isprekidana linija je linija razdjelnice za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena isprekidana linija je linija razdjelnice za kvar uređaja. Kod kvarova uređaja, trouglasti defekti imaju veliki utjecaj, a stopa kvara je veća od 93%. To se uglavnom pripisuje utjecaju trouglastih defekata na karakteristike obrnutog curenja uređaja. Do 93% uređaja koji sadrže trouglaste defekte značajno je povećalo obrnuto curenje. Osim toga, trouglasti defekti također imaju ozbiljan utjecaj na karakteristike curenja gejta, sa stopom degradacije od 60%. Kao što je prikazano u tabeli 4.2, utjecaj trouglastih defekata je mali, a udjeli degradacije su 26% odnosno 33%. U smislu uzrokovanja povećanja otpora uključenja, utjecaj trouglastih defekata je slab, a omjer degradacije je oko 33%.
Utjecaj epitaksijalnih defekata na karakteristike MOSFET uređaja
Slika 4.8 je histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži epitaksijalne defekte u jamicama. Plava isprekidana linija je linija razdjelnice za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena isprekidana linija je linija razdjelnice za kvar uređaja. Iz ovoga se može vidjeti da je broj uređaja koji sadrže epitaksijalne defekte u jamicama u uzorku SiC MOSFET-a ekvivalentan broju uređaja koji sadrže trouglaste defekte. Utjecaj epitaksijalnih defekata u jamicama na karakteristike uređaja razlikuje se od utjecaja trouglastih defekata. Što se tiče kvara uređaja, stopa kvara uređaja koji sadrže epitaksijalne defekte u jamicama je samo 47%. U usporedbi s trouglastim defektima, utjecaj epitaksijalnih defekata u jamicama na karakteristike obrnutog curenja i karakteristike curenja gejta uređaja je značajno oslabljen, s omjerima degradacije od 53% odnosno 38%, kao što je prikazano u Tabeli 4.3. S druge strane, utjecaj epitaksijalnih defekata u jamicama na karakteristike napona praga, karakteristike provodljivosti tjelesne diode i otpor uključenja veći je od utjecaja trouglastih defekata, s omjerom degradacije koji doseže 38%.
Općenito, dva morfološka defekta, naime trokuti i epitaksijalne jame, imaju značajan utjecaj na kvar i degradaciju karakteristika SiC MOSFET uređaja. Postojanje trokutastih defekata je najfatalnije, sa stopom kvara i do 93%, koja se uglavnom manifestira kao značajno povećanje obrnutog curenja uređaja. Uređaji koji sadrže epitaksijalne jame imali su nižu stopu kvara od 47%. Međutim, epitaksijalne jame imaju veći utjecaj na napon praga uređaja, karakteristike provodljivosti tijela diode i otpor uključenja nego trokutasti defekti.
Vrijeme objave: 16. april 2024.