Defecto triangular
Los defectos triangulares son los defectos morfológicos más críticos en las capas epitaxiales de SiC. Numerosos estudios han demostrado que la formación de defectos triangulares está relacionada con la forma cristalina 3C. Sin embargo, debido a los diferentes mecanismos de crecimiento, la morfología de muchos defectos triangulares en la superficie de la capa epitaxial es bastante diferente. Se pueden clasificar, a grandes rasgos, en los siguientes tipos:
(1) Hay defectos triangulares con partículas grandes en la parte superior.
Este tipo de defecto triangular presenta una gran partícula esférica en la parte superior, posiblemente causada por la caída de objetos durante el proceso de crecimiento. Desde este vértice, se observa una pequeña área triangular con una superficie rugosa hacia abajo. Esto se debe a que, durante el proceso epitaxial, se forman sucesivamente dos capas diferentes de 3C-SiC en el área triangular. La primera capa se nuclea en la interfaz y crece a través del flujo escalonado de 4H-SiC. A medida que aumenta el espesor de la capa epitaxial, la segunda capa del politipo 3C se nuclea y crece en cavidades triangulares más pequeñas, pero el escalón de crecimiento de 4H no cubre completamente el área del politipo 3C, lo que permite que el área de surco en forma de V del 3C-SiC siga siendo claramente visible.
(2) Hay pequeñas partículas en la parte superior y defectos triangulares con superficie rugosa.
Las partículas en los vértices de este tipo de defecto triangular son mucho más pequeñas, como se muestra en la Figura 4.2. La mayor parte del área triangular está cubierta por el flujo de escalones de 4H-SiC; es decir, toda la capa de 3C-SiC está completamente incrustada bajo la capa de 4H-SiC. Solo se pueden observar los escalones de crecimiento de 4H-SiC en la superficie del defecto triangular, pero estos escalones son mucho más grandes que los escalones de crecimiento cristalino convencionales de 4H.
(3) Defectos triangulares con superficie lisa
Este tipo de defecto triangular tiene una morfología superficial lisa, como se muestra en la Figura 4.3. Para tales defectos triangulares, la capa de 3C-SiC está cubierta por el flujo escalonado de 4H-SiC, y la forma cristalina 4H en la superficie crece más fina y lisa.
Defectos de fosas epitaxiales
Las cavidades epitaxiales (o picaduras) son uno de los defectos morfológicos superficiales más comunes, y su morfología superficial típica y su contorno estructural se muestran en la Figura 4.4. La ubicación de las cavidades de corrosión por dislocación de rosca (TD) observadas después del grabado con KOH en la parte posterior del dispositivo tiene una clara correspondencia con la ubicación de las cavidades epitaxiales antes de la preparación del dispositivo, lo que indica que la formación de defectos de cavidades epitaxiales está relacionada con las dislocaciones de rosca.
defectos de la zanahoria
Los defectos de zanahoria son un defecto superficial común en las capas epitaxiales de 4H-SiC, y su morfología típica se muestra en la Figura 4.5. Se ha informado que el defecto de zanahoria se forma por la intersección de fallas de apilamiento franconianas y prismáticas ubicadas en el plano basal conectadas por dislocaciones escalonadas. También se ha informado que la formación de defectos de zanahoria está relacionada con TSD en el sustrato. Tsuchida H. et al. encontraron que la densidad de defectos de zanahoria en la capa epitaxial es proporcional a la densidad de TSD en el sustrato. Y al comparar las imágenes de morfología superficial antes y después del crecimiento epitaxial, se puede encontrar que todos los defectos de zanahoria observados corresponden a TSD en el sustrato. Wu H. et al. usó caracterización de prueba de dispersión Raman para encontrar que los defectos de zanahoria no contenían la forma cristalina 3C, sino solo el politipo 4H-SiC.
Efecto de los defectos triangulares en las características de los dispositivos MOSFET
La Figura 4.7 es un histograma de la distribución estadística de cinco características de un dispositivo que contiene defectos triangulares. La línea de puntos azul es la línea divisoria para la degradación de las características del dispositivo, y la línea de puntos roja es la línea divisoria para la falla del dispositivo. Para la falla del dispositivo, los defectos triangulares tienen un gran impacto, y la tasa de falla es mayor al 93%. Esto se atribuye principalmente a la influencia de los defectos triangulares en las características de fuga inversa de los dispositivos. Hasta el 93% de los dispositivos que contienen defectos triangulares tienen una fuga inversa significativamente aumentada. Además, los defectos triangulares también tienen un impacto grave en las características de fuga de puerta, con una tasa de degradación del 60%. Como se muestra en la Tabla 4.2, para la degradación del voltaje umbral y la degradación de la característica del diodo de cuerpo, el impacto de los defectos triangulares es pequeño, y las proporciones de degradación son del 26% y del 33% respectivamente. En términos de causar un aumento en la resistencia de encendido, el impacto de los defectos triangulares es débil, y la tasa de degradación es de aproximadamente el 33%.
Efecto de los defectos de fosas epitaxiales en las características de los dispositivos MOSFET
La Figura 4.8 es un histograma de la distribución estadística de cinco características de un dispositivo que contiene defectos de fosas epitaxiales. La línea de puntos azul es la línea divisoria para la degradación de las características del dispositivo, y la línea de puntos roja es la línea divisoria para la falla del dispositivo. Se puede observar que el número de dispositivos que contienen defectos de fosas epitaxiales en la muestra de MOSFET de SiC es equivalente al número de dispositivos que contienen defectos triangulares. El impacto de los defectos de fosas epitaxiales en las características del dispositivo es diferente al de los defectos triangulares. En términos de falla del dispositivo, la tasa de falla de los dispositivos que contienen defectos de fosas epitaxiales es solo del 47%. En comparación con los defectos triangulares, el impacto de los defectos de fosas epitaxiales en las características de fuga inversa y las características de fuga de puerta del dispositivo se debilita significativamente, con índices de degradación del 53% y 38% respectivamente, como se muestra en la Tabla 4.3. Por otro lado, el impacto de los defectos de fosas epitaxiales en las características de voltaje umbral, las características de conducción del diodo de cuerpo y la resistencia de encendido es mayor que el de los defectos triangulares, con una tasa de degradación que alcanza el 38%.
En general, dos defectos morfológicos, los triángulos y las cavidades epitaxiales, tienen un impacto significativo en la falla y la degradación de las características de los dispositivos MOSFET de SiC. La presencia de defectos triangulares es la más crítica, con una tasa de falla de hasta el 93%, que se manifiesta principalmente como un aumento significativo en la corriente de fuga inversa del dispositivo. Los dispositivos con defectos de cavidades epitaxiales presentaron una tasa de falla menor, del 47%. Sin embargo, las cavidades epitaxiales tienen un mayor impacto en la tensión umbral, las características de conducción del diodo de cuerpo y la resistencia de encendido del dispositivo que los defectos triangulares.
Fecha de publicación: 16 de abril de 2024