Defecto triangular
Os defectos triangulares son os defectos morfolóxicos máis graves nas capas epitaxiais de SiC. Un gran número de informes bibliográficos demostraron que a formación de defectos triangulares está relacionada coa forma cristalina 3C. Non obstante, debido aos diferentes mecanismos de crecemento, a morfoloxía de moitos defectos triangulares na superficie da capa epitaxial é bastante diferente. Pódense dividir aproximadamente nos seguintes tipos:
(1) Hai defectos triangulares con partículas grandes na parte superior
Este tipo de defecto triangular ten unha gran partícula esférica na parte superior, que pode ser causada pola caída de obxectos durante o proceso de crecemento. Pódese observar unha pequena área triangular cunha superficie rugosa cara abaixo desde este vértice. Isto débese ao feito de que durante o proceso epitaxial, fórmanse sucesivamente dúas capas diferentes de 3C-SiC na área triangular, das cales a primeira capa se nuclea na interface e crece a través do fluxo escalonado de 4H-SiC. A medida que aumenta o grosor da capa epitaxial, a segunda capa de politipo 3C nuclea e crece en pozos triangulares máis pequenos, pero o paso de crecemento 4H non cobre completamente a área do politipo 3C, facendo que a área do suco en forma de V do 3C-SiC aínda sexa claramente visible.
(2) Hai pequenas partículas na parte superior e defectos triangulares con superficie rugosa
As partículas nos vértices deste tipo de defecto triangular son moito máis pequenas, como se mostra na Figura 4.2. E a maior parte da área triangular está cuberta polo fluxo escalonado de 4H-SiC, é dicir, toda a capa de 3C-SiC está completamente incrustada baixo a capa de 4H-SiC. Só os pasos de crecemento de 4H-SiC pódense ver na superficie do defecto triangular, pero estes pasos son moito maiores que os pasos de crecemento cristalino 4H convencionais.
(3) Defectos triangulares con superficie lisa
Este tipo de defecto triangular ten unha morfoloxía superficial lisa, como se mostra na Figura 4.3. Para estes defectos triangulares, a capa de 3C-SiC está cuberta polo fluxo escalonado de 4H-SiC, e a forma cristalina de 4H na superficie vólvese máis fina e lisa.
Defectos nas fosas epitaxiales
As fosas epitaxiais (Pits) son un dos defectos de morfoloxía superficial máis comúns, e a súa morfoloxía superficial típica e o seu contorno estrutural móstranse na Figura 4.4. A localización das fosas de corrosión por dislocación de roscas (TD) observadas despois do gravado con KOH na parte traseira do dispositivo ten unha clara correspondencia coa localización das fosas epitaxiais antes da preparación do dispositivo, o que indica que a formación de defectos de fosas epitaxiais está relacionada coas dislocacións de roscas.
defectos de cenoria
Os defectos de cenoria son un defecto superficial común nas capas epitaxiais de 4H-SiC, e a súa morfoloxía típica móstrase na Figura 4.5. Informouse de que o defecto de cenoria se forma pola intersección de fallas de apilamento franconianas e prismáticas situadas no plano basal conectadas por dislocacións escalonadas. Tamén se informou de que a formación de defectos de cenoria está relacionada coa TSD no substrato. Tsuchida H. et al. descubriron que a densidade de defectos de cenoria na capa epitaxial é proporcional á densidade de TSD no substrato. E ao comparar as imaxes da morfoloxía superficial antes e despois do crecemento epitaxial, pódese atopar que todos os defectos de cenoria observados corresponden á TSD no substrato. Wu H. et al. utilizaron a caracterización da proba de dispersión Raman para descubrir que os defectos de cenoria non contiñan a forma cristalina 3C, senón só o politipo 4H-SiC.
Efecto dos defectos triangulares nas características dos dispositivos MOSFET
A figura 4.7 é un histograma da distribución estatística de cinco características dun dispositivo que contén defectos triangulares. A liña punteada azul é a liña divisoria para a degradación das características do dispositivo e a liña punteada vermella é a liña divisoria para o fallo do dispositivo. No caso do fallo do dispositivo, os defectos triangulares teñen un grande impacto e a taxa de fallo é superior ao 93 %. Isto atribúese principalmente á influencia dos defectos triangulares nas características de fuga inversa dos dispositivos. Ata o 93 % dos dispositivos que conteñen defectos triangulares teñen unha fuga inversa significativamente maior. Ademais, os defectos triangulares tamén teñen un impacto grave nas características de fuga da porta, cunha taxa de degradación do 60 %. Como se mostra na táboa 4.2, para a degradación da tensión limiar e a degradación das características do díodo do corpo, o impacto dos defectos triangulares é pequeno e as proporcións de degradación son do 26 % e do 33 %, respectivamente. En termos de causar un aumento na resistencia, o impacto dos defectos triangulares é débil e a taxa de degradación é de aproximadamente o 33 %.
Efecto dos defectos de pozos epitaxiais nas características dos dispositivos MOSFET
A figura 4.8 é un histograma da distribución estatística de cinco características dun dispositivo que contén defectos de pit epitaxiais. A liña punteada azul é a liña divisoria para a degradación das características do dispositivo e a liña punteada vermella é a liña divisoria para o fallo do dispositivo. A partir disto pódese ver que o número de dispositivos que conteñen defectos de pit epitaxiais na mostra de MOSFET de SiC é equivalente ao número de dispositivos que conteñen defectos triangulares. O impacto dos defectos de pit epitaxiais nas características do dispositivo é diferente ao dos defectos triangulares. En termos de fallo do dispositivo, a taxa de fallo dos dispositivos que conteñen defectos de pit epitaxiais é só do 47 %. En comparación cos defectos triangulares, o impacto dos defectos de pit epitaxiais nas características de fuga inversa e nas características de fuga da porta do dispositivo redúcese significativamente, con taxas de degradación do 53 % e do 38 % respectivamente, como se mostra na táboa 4.3. Por outra banda, o impacto dos defectos de pit epitaxiais nas características da tensión limiar, nas características de condución do díodo corporal e na resistencia é maior que o dos defectos triangulares, cunha taxa de degradación que alcanza o 38 %.
En xeral, dous defectos morfolóxicos, concretamente os triángulos e as fosas epitaxiais, teñen un impacto significativo na falla e na degradación característica dos dispositivos MOSFET de SiC. A existencia de defectos triangulares é a máis grave, cunha taxa de falla de ata o 93 %, que se manifesta principalmente como un aumento significativo da fuga inversa do dispositivo. Os dispositivos que conteñen defectos de fosas epitaxiais tiveron unha taxa de falla menor, do 47 %. Non obstante, os defectos de fosas epitaxiais teñen un maior impacto na tensión limiar do dispositivo, nas características de condución do díodo corporal e na resistencia a activación que os defectos triangulares.
Data de publicación: 16 de abril de 2024