Trojúhelníková vada
Trojúhelníkové defekty jsou nejzávažnějšími morfologickými defekty v epitaxních vrstvách SiC. Velké množství literárních prací ukázalo, že tvorba trojúhelníkových defektů souvisí s krystalovou formou 3C. Vzhledem k odlišným mechanismům růstu se však morfologie mnoha trojúhelníkových defektů na povrchu epitaxní vrstvy značně liší. Lze ji zhruba rozdělit na následující typy:
(1) Existují trojúhelníkové defekty s velkými částicemi nahoře
Tento typ trojúhelníkové vady má nahoře velkou kulovitou částici, která může být způsobena padajícími předměty během procesu růstu. Z tohoto vrcholu lze směrem dolů pozorovat malou trojúhelníkovou oblast s drsným povrchem. To je způsobeno tím, že během epitaxního procesu se v trojúhelníkové oblasti postupně vytvářejí dvě různé vrstvy 3C-SiC, z nichž první vrstva je nukleována na rozhraní a roste prostřednictvím stupňovitého toku 4H-SiC. S rostoucí tloušťkou epitaxní vrstvy se druhá vrstva polytypu 3C nukleuje a roste v menších trojúhelníkových jamkách, ale růstový krok 4H zcela nepokrývá oblast polytypu 3C, takže oblast drážky ve tvaru V 3C-SiC je stále jasně viditelná.
(2) Nahoře jsou malé částice a trojúhelníkové defekty s drsným povrchem
Částice ve vrcholech tohoto typu trojúhelníkového defektu jsou mnohem menší, jak je znázorněno na obrázku 4.2. A většina trojúhelníkové plochy je pokryta stupňovitým tokem 4H-SiC, tj. celá vrstva 3C-SiC je kompletně zanořena pod vrstvou 4H-SiC. Na povrchu trojúhelníkového defektu lze vidět pouze růstové kroky 4H-SiC, ale tyto kroky jsou mnohem větší než konvenční kroky růstu krystalů 4H.
(3) Trojúhelníkové vady s hladkým povrchem
Tento typ trojúhelníkového defektu má hladký povrch, jak je znázorněno na obrázku 4.3. U takových trojúhelníkových defektů je vrstva 3C-SiC pokryta stupňovitým tokem 4H-SiC a krystalická forma 4H na povrchu se zjemňuje a vyhlazuje.
Epitaxní jamkové defekty
Epitaxní důlky (Pits) patří k nejčastějším defektům povrchové morfologie a jejich typická povrchová morfologie a strukturní obrys jsou znázorněny na obrázku 4.4. Umístění korozních důlků způsobených závitovými dislokacemi (TD) pozorovaných po leptání KOH na zadní straně zařízení má jasnou shodu s umístěním epitaxních důlků před přípravou zařízení, což naznačuje, že tvorba epitaxních důlků souvisí s dislokacemi způsobenými závity.
vady mrkve
Vady mrkve jsou běžným povrchovým defektem v epitaxních vrstvách 4H-SiC a jejich typická morfologie je znázorněna na obrázku 4.5. Defekt mrkve je údajně tvořen průnikem franckých a prizmatických vrstvených chyb umístěných v bazální rovině, které jsou propojeny stupňovitými dislokacemi. Bylo také hlášeno, že tvorba defektů mrkve souvisí s TSD v substrátu. Tsuchida H. a kol. zjistili, že hustota defektů mrkve v epitaxní vrstvě je úměrná hustotě TSD v substrátu. Porovnáním snímků morfologie povrchu před a po epitaxním růstu lze zjistit, že všechny pozorované defekty mrkve odpovídají TSD v substrátu. Wu H. a kol. použili charakterizaci Ramanovým rozptylem k zjištění, že defekty mrkve neobsahovaly krystalovou formu 3C, ale pouze polytyp 4H-SiC.
Vliv trojúhelníkových defektů na charakteristiky MOSFET součástek
Obrázek 4.7 je histogram statistického rozdělení pěti charakteristik součástky obsahující trojúhelníkové defekty. Modrá tečkovaná čára představuje dělicí čáru pro degradaci charakteristik součástky a červená tečkovaná čára představuje dělicí čáru pro selhání součástky. Trojúhelníkové defekty mají velký vliv na selhání součástky a míra selhání je vyšší než 93 %. To se připisuje především vlivu trojúhelníkových defektů na charakteristiky zpětného svodu součástek. Až 93 % součástek obsahujících trojúhelníkové defekty má výrazně zvýšený zpětný svod. Kromě toho mají trojúhelníkové defekty také vážný vliv na charakteristiky svodu hradla s mírou degradace 60 %. Jak je uvedeno v tabulce 4.2, vliv trojúhelníkových defektů na degradaci prahového napětí a degradaci charakteristik tělesné diody je malý a podíl degradace je 26 %, respektive 33 %. Pokud jde o způsobení zvýšení odporu v sepnutém stavu, vliv trojúhelníkových defektů je slabý a poměr degradace je přibližně 33 %.
Vliv epitaxních důlkových defektů na charakteristiky MOSFET součástek
Obrázek 4.8 je histogram statistického rozdělení pěti charakteristik součástky obsahující epitaxní důlkové defekty. Modrá tečkovaná čára představuje dělicí čáru pro degradaci charakteristik součástky a červená tečkovaná čára představuje dělicí čáru pro selhání součástky. Z toho je patrné, že počet součástek obsahujících epitaxní důlkové defekty ve vzorku SiC MOSFET je ekvivalentní počtu součástek obsahujících trojúhelníkové defekty. Dopad epitaxních důlkových defektů na charakteristiky součástky se liší od dopadu trojúhelníkových defektů. Pokud jde o selhání součástky, míra selhání součástek obsahujících epitaxní důlkové defekty je pouze 47 %. Ve srovnání s trojúhelníkovými defekty je dopad epitaxních důlkových defektů na charakteristiky zpětného svodu a charakteristiky svodu hradla součástky výrazně oslaben, s poměry degradace 53 %, respektive 38 %, jak je uvedeno v tabulce 4.3. Na druhou stranu je dopad epitaxních důlkových defektů na charakteristiky prahového napětí, vodivostní charakteristiky tělesové diody a odpor v sepnutém stavu větší než u trojúhelníkových defektů, přičemž poměr degradace dosahuje 38 %.
Obecně mají dva morfologické defekty, a to trojúhelníky a epitaxní důlky, významný vliv na selhání a degradaci charakteristik SiC MOSFET tranzistorů. Existence trojúhelníkových defektů je nejzávažnější, s mírou selhání až 93 %, která se projevuje především jako významný nárůst zpětného úniku součástky. Součásti s epitaxními důlky měly nižší míru selhání, a to 47 %. Epitaxní důlky však mají větší vliv na prahové napětí součástky, vodivostní charakteristiky tělesa diody a odpor v sepnutém stavu než trojúhelníkové defekty.
Čas zveřejnění: 16. dubna 2024