نقص مثلثی
نقصهای مثلثی، کشندهترین نقصهای مورفولوژیکی در لایههای اپیتاکسیال SiC هستند. تعداد زیادی از گزارشهای منتشر شده نشان دادهاند که تشکیل نقصهای مثلثی مربوط به شکل کریستالی 3C است. با این حال، به دلیل مکانیسمهای رشد متفاوت، مورفولوژی بسیاری از نقصهای مثلثی روی سطح لایه اپیتاکسیال کاملاً متفاوت است. میتوان آنها را تقریباً به انواع زیر تقسیم کرد:
(1) عیوب مثلثی شکل با ذرات بزرگ در بالا وجود دارد
این نوع نقص مثلثی شکل دارای یک ذره کروی بزرگ در بالا است که ممکن است در اثر سقوط اجسام در طول فرآیند رشد ایجاد شود. یک ناحیه مثلثی کوچک با سطح ناهموار را میتوان از این رأس به سمت پایین مشاهده کرد. این به این دلیل است که در طول فرآیند اپیتاکسی، دو لایه مختلف 3C-SiC به طور متوالی در ناحیه مثلثی شکل تشکیل میشوند که لایه اول در سطح مشترک جوانه میزند و از طریق جریان پلهای 4H-SiC رشد میکند. با افزایش ضخامت لایه اپیتاکسی، لایه دوم پلیتایپ 3C جوانه میزند و در گودالهای مثلثی کوچکتر رشد میکند، اما مرحله رشد 4H به طور کامل ناحیه پلیتایپ 3C را پوشش نمیدهد و باعث میشود ناحیه شیار V شکل 3C-SiC هنوز به وضوح قابل مشاهده باشد.
(2) ذرات کوچکی در بالا و عیوب مثلثی با سطح ناهموار وجود دارد
ذرات موجود در رئوس این نوع نقص مثلثی بسیار کوچکتر هستند، همانطور که در شکل 4.2 نشان داده شده است. و بیشتر ناحیه مثلثی توسط جریان پلهای 4H-SiC پوشانده شده است، یعنی کل لایه 3C-SiC کاملاً در زیر لایه 4H-SiC قرار گرفته است. فقط مراحل رشد 4H-SiC را میتوان روی سطح نقص مثلثی مشاهده کرد، اما این مراحل بسیار بزرگتر از مراحل رشد کریستال 4H معمولی هستند.
(3) عیوب مثلثی با سطح صاف
این نوع نقص مثلثی، همانطور که در شکل 4.3 نشان داده شده است، مورفولوژی سطح صافی دارد. برای چنین نقصهای مثلثی، لایه 3C-SiC توسط جریان پلهای 4H-SiC پوشانده میشود و شکل کریستال 4H روی سطح، ظریفتر و صافتر میشود.
نقصهای حفره اپیتکسیال
حفرههای اپیتاکسیال (Pits) یکی از رایجترین نقصهای مورفولوژی سطحی هستند و مورفولوژی سطح معمول و طرح کلی ساختاری آنها در شکل 4.4 نشان داده شده است. محل حفرههای خوردگی ناشی از دررفتگی رزوهدار (TD) که پس از اچینگ KOH در پشت دستگاه مشاهده میشود، تطابق واضحی با محل حفرههای اپیتاکسیال قبل از آمادهسازی دستگاه دارد، که نشان میدهد تشکیل نقصهای حفره اپیتاکسیال مربوط به دررفتگیهای رزوهدار است.
نقصهای هویج
نقصهای هویج یک نقص سطحی رایج در لایههای اپیتاکسیال 4H-SiC هستند و مورفولوژی معمول آنها در شکل 4.5 نشان داده شده است. گزارش شده است که نقص هویج توسط تقاطع گسلهای انباشته فرانکونی و منشوری واقع در صفحه پایه که توسط نابجاییهای پلهای شکل به هم متصل شدهاند، تشکیل میشود. همچنین گزارش شده است که تشکیل نقصهای هویج با TSD در زیرلایه مرتبط است. تسوچیدا اچ. و همکارانش دریافتند که چگالی نقصهای هویج در لایه اپیتاکسیال متناسب با چگالی TSD در زیرلایه است. و با مقایسه تصاویر مورفولوژی سطح قبل و بعد از رشد اپیتاکسیال، میتوان دریافت که تمام نقصهای هویج مشاهده شده با TSD در زیرلایه مطابقت دارند. وو اچ. و همکارانش از مشخصهیابی آزمون پراکندگی رامان استفاده کردند تا دریابند که نقصهای هویج حاوی شکل کریستالی 3C نیستند، بلکه فقط پلیتایپ 4H-SiC را دارند.
تأثیر نقصهای مثلثی بر ویژگیهای دستگاه MOSFET
شکل ۴.۷ هیستوگرامی از توزیع آماری پنج ویژگی یک دستگاه حاوی نقصهای مثلثی است. خط نقطهچین آبی، خط تقسیم برای تخریب مشخصه دستگاه و خط نقطهچین قرمز، خط تقسیم برای خرابی دستگاه است. برای خرابی دستگاه، نقصهای مثلثی تأثیر زیادی دارند و نرخ خرابی بیش از ۹۳٪ است. این امر عمدتاً به تأثیر نقصهای مثلثی بر ویژگیهای نشت معکوس دستگاهها نسبت داده میشود. تا ۹۳٪ از دستگاههای حاوی نقصهای مثلثی، نشت معکوس را به طور قابل توجهی افزایش دادهاند. علاوه بر این، نقصهای مثلثی نیز تأثیر جدی بر ویژگیهای نشت گیت دارند و نرخ تخریب آنها ۶۰٪ است. همانطور که در جدول ۴.۲ نشان داده شده است، برای تخریب ولتاژ آستانه و تخریب مشخصه دیود بدنه، تأثیر نقصهای مثلثی اندک است و نسبت تخریب به ترتیب ۲۶٪ و ۳۳٪ است. از نظر ایجاد افزایش مقاومت در حالت روشن، تأثیر نقصهای مثلثی ضعیف است و نسبت تخریب حدود ۳۳٪ است.
تأثیر نقصهای حفره اپیتاکسیال بر ویژگیهای دستگاه MOSFET
شکل ۴.۸ نموداری از توزیع آماری پنج ویژگی یک قطعه حاوی نقص حفره اپیتاکسیال است. خط نقطه چین آبی، خط تقسیم برای تخریب مشخصه قطعه و خط نقطه چین قرمز، خط تقسیم برای خرابی قطعه است. از این نمودار میتوان دریافت که تعداد قطعات حاوی نقص حفره اپیتاکسیال در نمونه MOSFET SiC معادل تعداد قطعات حاوی نقص مثلثی است. تأثیر نقص حفره اپیتاکسیال بر ویژگیهای قطعه با نقص مثلثی متفاوت است. از نظر خرابی قطعه، نرخ خرابی قطعات حاوی نقص حفره اپیتاکسیال تنها ۴۷٪ است. در مقایسه با نقصهای مثلثی، تأثیر نقص حفره اپیتاکسیال بر ویژگیهای نشت معکوس و ویژگیهای نشت گیت قطعه به طور قابل توجهی تضعیف میشود، با نسبتهای تخریب به ترتیب ۵۳٪ و ۳۸٪، همانطور که در جدول ۴.۳ نشان داده شده است. از سوی دیگر، تأثیر نقص حفره اپیتاکسیال بر ویژگیهای ولتاژ آستانه، ویژگیهای هدایت دیود بدنه و مقاومت روشن بیشتر از نقصهای مثلثی است و نسبت تخریب به ۳۸٪ میرسد.
به طور کلی، دو نقص مورفولوژیکی، یعنی مثلثها و حفرههای اپیتاکسیال، تأثیر قابل توجهی بر خرابی و تخریب مشخصه دستگاههای MOSFET SiC دارند. وجود نقصهای مثلثی کشندهترین نقص است که نرخ خرابی آن تا 93٪ میرسد، که عمدتاً به صورت افزایش قابل توجه در نشت معکوس دستگاه آشکار میشود. دستگاههایی که حاوی نقصهای حفره اپیتاکسیال هستند، نرخ خرابی کمتری معادل 47٪ دارند. با این حال، نقصهای حفره اپیتاکسیال تأثیر بیشتری بر ولتاژ آستانه دستگاه، ویژگیهای هدایت دیود بدنه و مقاومت در حالت روشن نسبت به نقصهای مثلثی دارند.
زمان ارسال: ۱۶ آوریل ۲۰۲۴