Trekantet defekt
Trekantede defekter er de mest fatale morfologiske defekter i SiC-epitaksiale lag. Et stort antal litteraturrapporter har vist, at dannelsen af trekantede defekter er relateret til 3C-krystalformen. På grund af forskellige vækstmekanismer er morfologien af mange trekantede defekter på overfladen af det epitaksiale lag dog ret forskellig. Det kan groft opdeles i følgende typer:
(1) Der er trekantede defekter med store partikler øverst
Denne type trekantede defekt har en stor sfærisk partikel øverst, hvilket kan være forårsaget af faldende genstande under vækstprocessen. Et lille trekantet område med en ru overflade kan observeres nedad fra dette hjørne. Dette skyldes, at der under den epitaksiale proces dannes to forskellige 3C-SiC-lag successivt i det trekantede område, hvoraf det første lag kimner ved grænsefladen og vokser gennem 4H-SiC-trinnet. Efterhånden som tykkelsen af det epitaksiale lag øges, kimner det andet lag af 3C-polytype og vokser i mindre trekantede huller, men 4H-væksttrinnet dækker ikke 3C-polytypeområdet fuldstændigt, hvilket gør det V-formede rilleområde af 3C-SiC stadig tydeligt synligt.
(2) Der er små partikler øverst og trekantede defekter med ru overflade
Partiklerne i hjørnerne af denne type trekantede defekter er meget mindre, som vist i figur 4.2. Og det meste af det trekantede område er dækket af trinvis strømning af 4H-SiC, dvs. hele 3C-SiC-laget er fuldstændigt indlejret under 4H-SiC-laget. Kun væksttrinnene for 4H-SiC kan ses på den trekantede defektoverflade, men disse trin er meget større end de konventionelle 4H-krystalvæksttrin.
(3) Trekantede defekter med glat overflade
Denne type trekantede defekt har en glat overflademorfologi, som vist i figur 4.3. Ved sådanne trekantede defekter er 3C-SiC-laget dækket af trinvis strømning af 4H-SiC, og 4H-krystalformen på overfladen bliver finere og glattere.
Epitaksiale pitdefekter
Epitaksiale fordybninger (Pits) er en af de mest almindelige overflademorfologiske defekter, og deres typiske overflademorfologi og strukturelle omrids er vist i figur 4.4. Placeringen af korrosionsgruberne for gevindforskydninger (TD), der observeres efter KOH-ætsning på bagsiden af enheden, har en klar overensstemmelse med placeringen af de epitaksiale fordybninger før klargøring af enheden, hvilket indikerer, at dannelsen af epitaksiale grubedefekter er relateret til gevindforskydninger.
gulerodsfejl
Gulerodsdefekter er en almindelig overfladedefekt i 4H-SiC epitaksiale lag, og deres typiske morfologi er vist i figur 4.5. Gulerodsdefekten rapporteres at være dannet ved skæringspunktet mellem frankiske og prismatiske stablingsforkastninger placeret på basalplanet forbundet af trinlignende dislokationer. Det er også blevet rapporteret, at dannelsen af gulerodsdefekter er relateret til TSD i substratet. Tsuchida H. et al. fandt, at tætheden af gulerodsdefekter i det epitaksiale lag er proportional med tætheden af TSD i substratet. Og ved at sammenligne overflademorfologibillederne før og efter epitaksial vækst kan alle observerede gulerodsdefekter findes at svare til TSD i substratet. Wu H. et al. brugte Raman-spredningstestkarakterisering til at finde ud af, at gulerodsdefekterne ikke indeholdt 3C-krystalformen, men kun 4H-SiC-polytypen.
Effekt af trekantede defekter på MOSFET-enhedskarakteristika
Figur 4.7 er et histogram af den statistiske fordeling af fem karakteristika for en enhed, der indeholder trekantede defekter. Den blå stiplede linje er skillelinjen for forringelse af enhedens karakteristik, og den røde stiplede linje er skillelinjen for enhedfejl. For enhedfejl har trekantede defekter en stor indflydelse, og fejlraten er større end 93 %. Dette tilskrives primært indflydelsen af trekantede defekter på enhedernes reverse lækageegenskaber. Op til 93 % af enheder, der indeholder trekantede defekter, har betydeligt øget reverse lækage. Derudover har de trekantede defekter også en alvorlig indflydelse på gate-lækageegenskaberne, med en forringelsesrate på 60 %. Som vist i tabel 4.2 er virkningen af trekantede defekter lille for tærskelspændingsforringelse og forringelse af kropsdiodekarakteristik, og forringelsesandelene er henholdsvis 26 % og 33 %. Med hensyn til at forårsage en stigning i tændingsmodstand er virkningen af trekantede defekter svag, og forringelsesforholdet er omkring 33 %.
Effekt af epitaksiale pit-defekter på MOSFET-enhedskarakteristika
Figur 4.8 er et histogram af den statistiske fordeling af fem karakteristika for en enhed, der indeholder epitaksiale grubbefejl. Den blå stiplede linje er skillelinjen for forringelse af enhedens karakteristik, og den røde stiplede linje er skillelinjen for enhedens fejl. Det kan ses heraf, at antallet af enheder, der indeholder epitaksiale grubbefejl i SiC MOSFET-prøven, svarer til antallet af enheder, der indeholder trekantede defekter. Virkningen af epitaksiale grubbefejl på enhedens karakteristika er forskellig fra virkningen af trekantede defekter. Med hensyn til enhedfejl er fejlraten for enheder, der indeholder epitaksiale grubbefejl, kun 47 %. Sammenlignet med trekantede defekter er virkningen af epitaksiale grubbefejl på enhedens reverse-lækagekarakteristika og gate-lækagekarakteristika betydeligt svækket, med forringelsesforhold på henholdsvis 53 % og 38 %, som vist i tabel 4.3. På den anden side er virkningen af epitaksiale grubbefejl på tærskelspændingskarakteristika, kropsdiodens ledningsevne og tændingsmodstand større end virkningen af trekantede defekter, med forringelsesforholdet på 38 %.
Generelt har to morfologiske defekter, nemlig trekanter og epitaksiale gruber, en betydelig indflydelse på fejl og karakteristisk forringelse af SiC MOSFET-komponenter. Eksistensen af trekantede defekter er den mest fatale med en fejlrate på op til 93 %, hvilket primært manifesterer sig som en signifikant stigning i omvendt lækage i komponenten. Komponenter med epitaksiale grubedefekter havde en lavere fejlrate på 47 %. Epitaksiale grubedefekter har dog en større indflydelse på komponentens tærskelspænding, diodens ledningsevne og tændingsmodstand end trekantede defekter.
Opslagstidspunkt: 16. april 2024