Τριγωνικό ελάττωμα
Τα τριγωνικά ελαττώματα είναι τα πιο θανατηφόρα μορφολογικά ελαττώματα στα επιταξιακά στρώματα SiC. Ένας μεγάλος αριθμός βιβλιογραφικών αναφορών έχει δείξει ότι ο σχηματισμός τριγωνικών ελαττωμάτων σχετίζεται με την κρυσταλλική μορφή 3C. Ωστόσο, λόγω διαφορετικών μηχανισμών ανάπτυξης, η μορφολογία πολλών τριγωνικών ελαττωμάτων στην επιφάνεια του επιταξιακού στρώματος είναι αρκετά διαφορετική. Μπορεί να χωριστεί χονδρικά στους ακόλουθους τύπους:
(1) Υπάρχουν τριγωνικά ελαττώματα με μεγάλα σωματίδια στην κορυφή
Αυτός ο τύπος τριγωνικού ελαττώματος έχει ένα μεγάλο σφαιρικό σωματίδιο στην κορυφή, το οποίο μπορεί να προκληθεί από πτώση αντικειμένων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης. Μια μικρή τριγωνική περιοχή με τραχιά επιφάνεια μπορεί να παρατηρηθεί προς τα κάτω από αυτήν την κορυφή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας, σχηματίζονται διαδοχικά δύο διαφορετικά στρώματα 3C-SiC στην τριγωνική περιοχή, από τα οποία το πρώτο στρώμα πυρηνοποιείται στη διεπαφή και αναπτύσσεται μέσω της ροής βημάτων 4H-SiC. Καθώς το πάχος του επιταξιακού στρώματος αυξάνεται, το δεύτερο στρώμα του πολυτύπου 3C πυρηνοποιείται και αναπτύσσεται σε μικρότερες τριγωνικές κοιλότητες, αλλά το βήμα ανάπτυξης 4H δεν καλύπτει πλήρως την περιοχή του πολυτύπου 3C, καθιστώντας την περιοχή αυλάκωσης σχήματος V του 3C-SiC ακόμα καθαρά ορατή.
(2) Υπάρχουν μικρά σωματίδια στην κορυφή και τριγωνικά ελαττώματα με τραχιά επιφάνεια
Τα σωματίδια στις κορυφές αυτού του τύπου τριγωνικού ελαττώματος είναι πολύ μικρότερα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.2. Και το μεγαλύτερο μέρος της τριγωνικής περιοχής καλύπτεται από τη σταδιακή ροή του 4H-SiC, δηλαδή, ολόκληρο το στρώμα 3C-SiC είναι πλήρως ενσωματωμένο κάτω από το στρώμα 4H-SiC. Μόνο τα βήματα ανάπτυξης του 4H-SiC είναι ορατά στην τριγωνική επιφάνεια του ελαττώματος, αλλά αυτά τα βήματα είναι πολύ μεγαλύτερα από τα συμβατικά βήματα ανάπτυξης κρυστάλλων 4H.
(3) Τριγωνικά ελαττώματα με λεία επιφάνεια
Αυτός ο τύπος τριγωνικού ελαττώματος έχει λεία μορφολογία επιφάνειας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.3. Για τέτοια τριγωνικά ελαττώματα, το στρώμα 3C-SiC καλύπτεται από τη σταδιακή ροή του 4H-SiC και η κρυσταλλική μορφή 4H στην επιφάνεια γίνεται λεπτότερη και πιο λεία.
Ελαττώματα επιταξιακού λάκκου
Οι επιταξιακές κοιλότητες (Pits) είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας και η τυπική μορφολογία της επιφάνειας και το δομικό περίγραμμα φαίνονται στο Σχήμα 4.4. Η θέση των κοιλοτήτων διάβρωσης λόγω εξάρθρωσης σπειρώματος (TD) που παρατηρούνται μετά από χάραξη KOH στο πίσω μέρος της συσκευής έχει σαφή αντιστοιχία με τη θέση των επιταξιακών κοιλοτήτων πριν από την προετοιμασία της συσκευής, υποδεικνύοντας ότι ο σχηματισμός ελαττωμάτων επιταξιακού κοιλώματος σχετίζεται με εξάρθρωση σπειρώματος.
ελαττώματα καρότου
Τα ελαττώματα του καρότου είναι ένα συνηθισμένο επιφανειακό ελάττωμα στα επιταξιακά στρώματα 4H-SiC και η τυπική μορφολογία τους φαίνεται στο Σχήμα 4.5. Το ελάττωμα του καρότου αναφέρεται ότι σχηματίζεται από την τομή των Φραγκονικών και πρισματικών ρηγμάτων στοίβαξης που βρίσκονται στο βασικό επίπεδο και συνδέονται με βαθμιδωτές εξάρσεις. Έχει επίσης αναφερθεί ότι ο σχηματισμός ελαττωμάτων του καρότου σχετίζεται με την TSD στο υπόστρωμα. Οι Tsuchida H. et al. διαπίστωσαν ότι η πυκνότητα των ελαττωμάτων του καρότου στο επιταξιακό στρώμα είναι ανάλογη με την πυκνότητα της TSD στο υπόστρωμα. Και συγκρίνοντας τις εικόνες μορφολογίας της επιφάνειας πριν και μετά την επιταξιακή ανάπτυξη, όλα τα παρατηρούμενα ελαττώματα του καρότου μπορούν να διαπιστωθούν ότι αντιστοιχούν στην TSD στο υπόστρωμα. Οι Wu H. et al. χρησιμοποίησαν τον χαρακτηρισμό της δοκιμής σκέδασης Raman για να διαπιστώσουν ότι τα ελαττώματα του καρότου δεν περιείχαν την κρυσταλλική μορφή 3C, αλλά μόνο τον πολυτύπο 4H-SiC.
Επίδραση τριγωνικών ελαττωμάτων στα χαρακτηριστικά της συσκευής MOSFET
Το Σχήμα 4.7 είναι ένα ιστόγραμμα της στατιστικής κατανομής πέντε χαρακτηριστικών μιας συσκευής που περιέχει τριγωνικά ελαττώματα. Η μπλε διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την υποβάθμιση των χαρακτηριστικών της συσκευής και η κόκκινη διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την αστοχία της συσκευής. Για την αστοχία της συσκευής, τα τριγωνικά ελαττώματα έχουν μεγάλο αντίκτυπο και το ποσοστό αστοχίας είναι μεγαλύτερο από 93%. Αυτό αποδίδεται κυρίως στην επίδραση των τριγωνικών ελαττωμάτων στα χαρακτηριστικά αντίστροφης διαρροής των συσκευών. Έως και 93% των συσκευών που περιέχουν τριγωνικά ελαττώματα έχουν σημαντικά αυξημένη αντίστροφη διαρροή. Επιπλέον, τα τριγωνικά ελαττώματα έχουν επίσης σοβαρό αντίκτυπο στα χαρακτηριστικά διαρροής πύλης, με ποσοστό υποβάθμισης 60%. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.2, για την υποβάθμιση της τάσης κατωφλίου και την υποβάθμιση των χαρακτηριστικών της διόδου του σώματος, η επίδραση των τριγωνικών ελαττωμάτων είναι μικρή και τα ποσοστά υποβάθμισης είναι 26% και 33% αντίστοιχα. Όσον αφορά την πρόκληση αύξησης της αντίστασης, η επίδραση των τριγωνικών ελαττωμάτων είναι ασθενής και ο λόγος υποβάθμισης είναι περίπου 33%.
Επίδραση των ελαττωμάτων του επιταξιακού φρέατος στα χαρακτηριστικά της συσκευής MOSFET
Το Σχήμα 4.8 είναι ένα ιστόγραμμα της στατιστικής κατανομής πέντε χαρακτηριστικών μιας συσκευής που περιέχει ελαττώματα επιταξιακού φρέατος. Η μπλε διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την υποβάθμιση των χαρακτηριστικών της συσκευής και η κόκκινη διακεκομμένη γραμμή είναι η διαχωριστική γραμμή για την αστοχία της συσκευής. Από αυτό φαίνεται ότι ο αριθμός των συσκευών που περιέχουν ελαττώματα επιταξιακού φρέατος στο δείγμα SiC MOSFET είναι ισοδύναμος με τον αριθμό των συσκευών που περιέχουν τριγωνικά ελαττώματα. Η επίδραση των ελαττωμάτων επιταξιακού φρέατος στα χαρακτηριστικά της συσκευής είναι διαφορετική από αυτή των τριγωνικών ελαττωμάτων. Όσον αφορά την αστοχία της συσκευής, το ποσοστό αστοχίας των συσκευών που περιέχουν ελαττώματα επιταξιακού φρέατος είναι μόνο 47%. Σε σύγκριση με τα τριγωνικά ελαττώματα, η επίδραση των ελαττωμάτων επιταξιακού φρέατος στα χαρακτηριστικά αντίστροφης διαρροής και στα χαρακτηριστικά διαρροής πύλης της συσκευής εξασθενεί σημαντικά, με λόγους υποβάθμισης 53% και 38% αντίστοιχα, όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.3. Από την άλλη πλευρά, η επίδραση των ελαττωμάτων επιταξιακού φρέατος στα χαρακτηριστικά τάσης κατωφλίου, τα χαρακτηριστικά αγωγιμότητας της διόδου του σώματος και την αντίσταση είναι μεγαλύτερη από αυτή των τριγωνικών ελαττωμάτων, με τον λόγο υποβάθμισης να φτάνει το 38%.
Γενικά, δύο μορφολογικά ελαττώματα, δηλαδή τα τρίγωνα και οι επιταξιακές κοιλότητες, έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην αστοχία και την χαρακτηριστική υποβάθμιση των συσκευών SiC MOSFET. Η ύπαρξη τριγωνικών ελαττωμάτων είναι η πιο θανατηφόρα, με ποσοστό αστοχίας έως και 93%, που εκδηλώνεται κυρίως ως σημαντική αύξηση της αντίστροφης διαρροής της συσκευής. Οι συσκευές που περιέχουν ελαττώματα επιταξιακής κοιλότητας είχαν χαμηλότερο ποσοστό αστοχίας 47%. Ωστόσο, τα ελαττώματα επιταξιακής κοιλότητας έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην τάση κατωφλίου της συσκευής, στα χαρακτηριστικά αγωγιμότητας της διόδου του σώματος και στην αντίσταση ενεργοποίησης από τα τριγωνικά ελαττώματα.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Απριλίου 2024