Defecte triangular
Els defectes triangulars són els defectes morfològics més greus en les capes epitaxials de SiC. Un gran nombre d'informes literaris han demostrat que la formació de defectes triangulars està relacionada amb la forma cristal·lina 3C. Tanmateix, a causa dels diferents mecanismes de creixement, la morfologia de molts defectes triangulars a la superfície de la capa epitaxial és força diferent. Es poden dividir aproximadament en els següents tipus:
(1) Hi ha defectes triangulars amb partícules grans a la part superior
Aquest tipus de defecte triangular té una gran partícula esfèrica a la part superior, que pot ser causada per la caiguda d'objectes durant el procés de creixement. Des d'aquest vèrtex es pot observar una petita àrea triangular amb una superfície rugosa cap avall. Això es deu al fet que durant el procés epitaxial, es formen successivament dues capes diferents de 3C-SiC a la zona triangular, de les quals la primera capa es nuclea a la interfície i creix a través del flux esglaonat de 4H-SiC. A mesura que augmenta el gruix de la capa epitaxial, la segona capa de politipus 3C es nuclea i creix en fosses triangulars més petites, però el pas de creixement 4H no cobreix completament la zona del politipus 3C, fent que la zona del solc en forma de V del 3C-SiC encara sigui clarament visible.
(2) Hi ha petites partícules a la part superior i defectes triangulars amb una superfície rugosa
Les partícules als vèrtexs d'aquest tipus de defecte triangular són molt més petites, com es mostra a la Figura 4.2. I la major part de l'àrea triangular està coberta pel flux esglaonat de 4H-SiC, és a dir, tota la capa de 3C-SiC està completament incrustada sota la capa de 4H-SiC. Només es poden veure els passos de creixement de 4H-SiC a la superfície del defecte triangular, però aquests passos són molt més grans que els passos de creixement convencionals del cristall 4H.
(3) Defectes triangulars amb superfície llisa
Aquest tipus de defecte triangular té una morfologia superficial llisa, com es mostra a la Figura 4.3. Per a aquests defectes triangulars, la capa de 3C-SiC està coberta pel flux esglaonat de 4H-SiC, i la forma cristal·lina de 4H a la superfície es torna més fina i llisa.
Defectes de fosses epitaxials
Els forats epitaxials (Pits) són un dels defectes de morfologia superficial més comuns, i la seva morfologia superficial típica i el seu contorn estructural es mostren a la Figura 4.4. La ubicació dels forats de corrosió per dislocació de rosca (TD) observats després del gravat amb KOH a la part posterior del dispositiu té una correspondència clara amb la ubicació dels forats epitaxials abans de la preparació del dispositiu, cosa que indica que la formació de defectes de forats epitaxials està relacionada amb les dislocacions de rosca.
defectes de pastanaga
Els defectes de pastanaga són un defecte superficial comú a les capes epitaxials de 4H-SiC, i la seva morfologia típica es mostra a la Figura 4.5. Es descriu que el defecte de pastanaga es forma per la intersecció de falles d'apilament franconianes i prismàtiques situades al pla basal connectades per dislocacions esglaonades. També s'ha informat que la formació de defectes de pastanaga està relacionada amb la TSD al substrat. Tsuchida H. et al. van trobar que la densitat de defectes de pastanaga a la capa epitaxial és proporcional a la densitat de TSD al substrat. I comparant les imatges de morfologia superficial abans i després del creixement epitaxial, es pot trobar que tots els defectes de pastanaga observats corresponen a la TSD al substrat. Wu H. et al. van utilitzar la caracterització de la prova de dispersió Raman per trobar que els defectes de pastanaga no contenien la forma cristal·lina 3C, sinó només el politipus 4H-SiC.
Efecte dels defectes triangulars en les característiques dels dispositius MOSFET
La figura 4.7 és un histograma de la distribució estadística de cinc característiques d'un dispositiu que conté defectes triangulars. La línia blava de punts és la línia divisòria per a la degradació de les característiques del dispositiu, i la línia vermella de punts és la línia divisòria per a la fallada del dispositiu. Pel que fa a la fallada del dispositiu, els defectes triangulars tenen un gran impacte, i la taxa de fallada és superior al 93%. Això s'atribueix principalment a la influència dels defectes triangulars en les característiques de fuita inversa dels dispositius. Fins a un 93% dels dispositius que contenen defectes triangulars tenen una fuita inversa significativament augmentada. A més, els defectes triangulars també tenen un impacte greu en les característiques de fuita de la porta, amb una taxa de degradació del 60%. Com es mostra a la taula 4.2, per a la degradació del voltatge llindar i la degradació de les característiques del díode del cos, l'impacte dels defectes triangulars és petit, i les proporcions de degradació són del 26% i el 33% respectivament. Pel que fa a causar un augment de la resistència, l'impacte dels defectes triangulars és feble, i la relació de degradació és d'aproximadament el 33%.
Efecte dels defectes de les fosses epitaxials en les característiques dels dispositius MOSFET
La figura 4.8 és un histograma de la distribució estadística de cinc característiques d'un dispositiu que conté defectes de pit epitaxial. La línia blava de punts és la línia divisòria per a la degradació de les característiques del dispositiu, i la línia vermella de punts és la línia divisòria per a la fallada del dispositiu. Es pot veure que el nombre de dispositius que contenen defectes de pit epitaxial a la mostra de MOSFET de SiC és equivalent al nombre de dispositius que contenen defectes triangulars. L'impacte dels defectes de pit epitaxial en les característiques del dispositiu és diferent del dels defectes triangulars. Pel que fa a la fallada del dispositiu, la taxa de fallada dels dispositius que contenen defectes de pit epitaxial és només del 47%. En comparació amb els defectes triangulars, l'impacte dels defectes de pit epitaxial en les característiques de fuita inversa i les característiques de fuita de porta del dispositiu es veu significativament debilitat, amb ràtios de degradació del 53% i el 38% respectivament, com es mostra a la taula 4.3. D'altra banda, l'impacte dels defectes de pit epitaxial en les característiques de la tensió llindar, les característiques de conducció del díode corporal i la resistència és més gran que el dels defectes triangulars, amb una ràtio de degradació que arriba al 38%.
En general, dos defectes morfològics, concretament els triangles i les fosses epitaxials, tenen un impacte significatiu en la fallada i la degradació característica dels dispositius MOSFET de SiC. L'existència de defectes triangulars és el més fatal, amb una taxa de fallada de fins al 93%, que es manifesta principalment com un augment significatiu de la fuita inversa del dispositiu. Els dispositius que contenien defectes de fosses epitaxials van tenir una taxa de fallada més baixa, del 47%. Tanmateix, els defectes de fosses epitaxials tenen un impacte més gran en la tensió llindar del dispositiu, les característiques de conducció del díode corporal i la resistència que els defectes triangulars.
Data de publicació: 16 d'abril de 2024