Defecto triangular
Los defectos triangulares son los defectos morfológicos más graves en las capas epitaxiales de SiC. Numerosos estudios han demostrado que la formación de defectos triangulares está relacionada con la forma cristalina de 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 partícula esférica grande en la parte superior, que puede deberse a 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 de politipo 3C se nuclea y crece en fosas triangulares más pequeñas. Sin embargo, el escalón de crecimiento de 4H no cubre completamente el área de politipo 3C, lo que hace que el área de ranura en forma de V del 3C-SiC aún sea 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 escalonado de 4H-SiC; es decir, toda la capa de 3C-SiC está completamente embebida bajo la capa de 4H-SiC. Solo se observan los pasos de crecimiento del 4H-SiC en la superficie del defecto triangular, pero estos pasos son mucho mayores que los pasos de crecimiento convencionales del cristal 4H.
(3) Defectos triangulares con superficie lisa
Este tipo de defecto triangular presenta una morfología superficial lisa, como se muestra en la Figura 4.3. En estos defectos triangulares, la capa de 3C-SiC está cubierta por el flujo escalonado de 4H-SiC, y la forma cristalina de 4H en la superficie se vuelve más fina y lisa.
Defectos de fosas epitaxiales
Las picaduras epitaxiales (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 picaduras de corrosión por dislocación de rosca (TD) observadas tras el grabado con KOH en la parte posterior del dispositivo se corresponde claramente con la ubicación de las picaduras epitaxiales antes de su preparación, lo que indica que la formación de defectos de picaduras 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 informa 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 la 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 de la superficie antes y después del crecimiento epitaxial, se puede encontrar que todos los defectos de zanahoria observados corresponden a la TSD en el sustrato. Wu H. et al. utilizaron la caracterización de la 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 del dispositivo MOSFET
La Figura 4.7 es un histograma de la distribución estadística de cinco características de un dispositivo con defectos triangulares. La línea punteada azul representa la degradación de las características del dispositivo, y la línea punteada roja la representa la falla del dispositivo. En caso de falla del dispositivo, los defectos triangulares tienen un gran impacto, con una tasa de falla superior 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 con defectos triangulares presentan un aumento significativo de la fuga inversa. Además, los defectos triangulares también tienen un impacto importante en las características de fuga de la compuerta, 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 las características del diodo de cuerpo, el impacto de los defectos triangulares es pequeño, con una proporción de degradación del 26 % y el 33 %, respectivamente. En cuanto al aumento de la resistencia de encendido, el impacto de los defectos triangulares es bajo, con una proporción de degradación de aproximadamente el 33 %.
Efecto de los defectos de puntería epitaxiales en las características del dispositivo MOSFET
La Figura 4.8 es un histograma de la distribución estadística de cinco características de un dispositivo con defectos de picaduras epitaxiales. La línea punteada azul representa la línea divisoria para la degradación de las características del dispositivo, y la línea punteada roja representa la línea divisoria para el fallo del dispositivo. De esta forma, se puede observar que el número de dispositivos con defectos de picaduras epitaxiales en la muestra de MOSFET de SiC es equivalente al número de dispositivos con defectos triangulares. El impacto de los defectos de picaduras epitaxiales en las características del dispositivo es diferente al de los defectos triangulares. En términos de fallo del dispositivo, la tasa de fallo de los dispositivos con defectos de picaduras epitaxiales es de tan solo el 47 %. En comparación con los defectos triangulares, el impacto de los defectos de picaduras epitaxiales en las características de fuga inversa y fuga de compuerta del dispositivo es significativamente menor, con tasas de degradación del 53 % y el 38 %, respectivamente, como se muestra en la Tabla 4.3. Por otra parte, el impacto de los defectos de puntura epitaxial en las características de voltaje umbral, las características de conducción del diodo corporal y la resistencia de encendido es mayor que el de los defectos triangulares, y la tasa de degradación alcanza el 38%.
En general, dos defectos morfológicos, los triángulos y las picaduras epitaxiales, tienen un impacto significativo en el fallo y la degradación de las características de los dispositivos MOSFET de SiC. La presencia de defectos triangulares es la más letal, con una tasa de fallo de hasta el 93%, que se manifiesta principalmente por un aumento significativo de la fuga inversa del dispositivo. Los dispositivos con defectos de picaduras epitaxiales presentaron una tasa de fallo menor, del 47%. Sin embargo, los defectos de picaduras epitaxiales tienen un mayor impacto en la tensión umbral del dispositivo, las características de conducción del diodo de cuerpo y la resistencia de encendido que los defectos triangulares.
Hora de publicación: 16 de abril de 2024