ત્રિકોણાકાર ખામી
ત્રિકોણાકાર ખામીઓ SiC એપિટેક્સિયલ સ્તરોમાં સૌથી ઘાતક મોર્ફોલોજિકલ ખામીઓ છે. મોટી સંખ્યામાં સાહિત્ય અહેવાલો દર્શાવે છે કે ત્રિકોણાકાર ખામીઓનું નિર્માણ 3C સ્ફટિક સ્વરૂપ સાથે સંબંધિત છે. જો કે, વિવિધ વૃદ્ધિ પદ્ધતિઓને કારણે, એપિટેક્સિયલ સ્તરની સપાટી પર ઘણી ત્રિકોણાકાર ખામીઓનું મોર્ફોલોજિકલ સ્વરૂપ તદ્દન અલગ છે. તેને આશરે નીચેના પ્રકારોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે:
(1) ટોચ પર મોટા કણો સાથે ત્રિકોણાકાર ખામીઓ છે
આ પ્રકારના ત્રિકોણાકાર ખામીમાં ટોચ પર એક મોટો ગોળાકાર કણ હોય છે, જે વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન પડતી વસ્તુઓને કારણે થઈ શકે છે. આ શિરોબિંદુથી નીચે તરફ ખરબચડી સપાટી ધરાવતો એક નાનો ત્રિકોણાકાર વિસ્તાર જોઈ શકાય છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ત્રિકોણાકાર વિસ્તારમાં બે અલગ અલગ 3C-SiC સ્તરો ક્રમિક રીતે રચાય છે, જેમાંથી પ્રથમ સ્તર ઇન્ટરફેસ પર ન્યુક્લિયેટેડ થાય છે અને 4H-SiC સ્ટેપ ફ્લો દ્વારા વધે છે. જેમ જેમ એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ વધે છે, 3C પોલીટાઇપનો બીજો સ્તર ન્યુક્લિયેટ થાય છે અને નાના ત્રિકોણાકાર ખાડાઓમાં વધે છે, પરંતુ 4H વૃદ્ધિ પગલું 3C પોલીટાઇપ વિસ્તારને સંપૂર્ણપણે આવરી લેતું નથી, જેના કારણે 3C-SiCનો V-આકારનો ખાંચો વિસ્તાર હજુ પણ સ્પષ્ટ રીતે દૃશ્યમાન બને છે.
(2) ટોચ પર નાના કણો અને ખરબચડી સપાટી સાથે ત્રિકોણાકાર ખામીઓ છે
આ પ્રકારના ત્રિકોણાકાર ખામીના શિરોબિંદુઓ પરના કણો આકૃતિ 4.2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે ઘણા નાના હોય છે. અને ત્રિકોણાકાર વિસ્તારનો મોટાભાગનો ભાગ 4H-SiC ના સ્ટેપ ફ્લો દ્વારા આવરી લેવામાં આવ્યો છે, એટલે કે, સમગ્ર 3C-SiC સ્તર સંપૂર્ણપણે 4H-SiC સ્તર હેઠળ જડિત છે. ત્રિકોણાકાર ખામી સપાટી પર ફક્ત 4H-SiC ના વૃદ્ધિ પગલાં જોઈ શકાય છે, પરંતુ આ પગલાં પરંપરાગત 4H સ્ફટિક વૃદ્ધિ પગલાં કરતા ઘણા મોટા છે.
(3) સરળ સપાટી સાથે ત્રિકોણાકાર ખામીઓ
આ પ્રકારની ત્રિકોણાકાર ખામીમાં સપાટીનું આકારશાસ્ત્ર સરળ હોય છે, જેમ કે આકૃતિ 4.3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. આવી ત્રિકોણાકાર ખામીઓ માટે, 3C-SiC સ્તર 4H-SiC ના સ્ટેપ ફ્લો દ્વારા આવરી લેવામાં આવે છે, અને સપાટી પરનું 4H સ્ફટિક સ્વરૂપ વધુ ઝીણું અને સરળ બને છે.
એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓ
એપિટેક્સિયલ ખાડાઓ (પિટ્સ) એ સૌથી સામાન્ય સપાટી મોર્ફોલોજી ખામીઓમાંની એક છે, અને તેમની લાક્ષણિક સપાટી મોર્ફોલોજી અને માળખાકીય રૂપરેખા આકૃતિ 4.4 માં બતાવવામાં આવી છે. ઉપકરણની પાછળ KOH એચિંગ પછી જોવા મળતા થ્રેડીંગ ડિસલોકેશન (TD) કાટ ખાડાઓનું સ્થાન ઉપકરણની તૈયારી પહેલાં એપિટેક્સિયલ ખાડાઓના સ્થાન સાથે સ્પષ્ટ પત્રવ્યવહાર ધરાવે છે, જે દર્શાવે છે કે એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓની રચના થ્રેડીંગ ડિસલોકેશન સાથે સંબંધિત છે.
ગાજર ખામીઓ
4H-SiC એપિટેક્સિયલ સ્તરોમાં ગાજર ખામી એક સામાન્ય સપાટી ખામી છે, અને તેમનું લાક્ષણિક મોર્ફોલોજી આકૃતિ 4.5 માં બતાવવામાં આવ્યું છે. ગાજર ખામી સ્ટેપ-જેવા ડિસલોકેશન દ્વારા જોડાયેલા બેઝલ પ્લેન પર સ્થિત ફ્રાન્કોનિયન અને પ્રિઝમેટિક સ્ટેકીંગ ખામીઓના આંતરછેદ દ્વારા રચાય છે. એવું પણ નોંધાયું છે કે ગાજર ખામીઓનું નિર્માણ સબસ્ટ્રેટમાં TSD સાથે સંબંધિત છે. સુચિદા એચ. એટ અલ. એ શોધી કાઢ્યું કે એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં ગાજર ખામીઓની ઘનતા સબસ્ટ્રેટમાં TSD ની ઘનતાના પ્રમાણસર છે. અને એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પહેલા અને પછી સપાટી મોર્ફોલોજી છબીઓની તુલના કરીને, બધા અવલોકન કરાયેલ ગાજર ખામીઓ સબસ્ટ્રેટમાં TSD ને અનુરૂપ હોવાનું શોધી શકાય છે. વુ એચ. એટ અલ. એ રમન સ્કેટરિંગ ટેસ્ટ લાક્ષણિકતાનો ઉપયોગ કરીને શોધી કાઢ્યું કે ગાજર ખામીઓમાં 3C સ્ફટિક સ્વરૂપ નથી, પરંતુ ફક્ત 4H-SiC પોલીટાઇપ છે.
MOSFET ઉપકરણની લાક્ષણિકતાઓ પર ત્રિકોણાકાર ખામીઓનો પ્રભાવ
આકૃતિ 4.7 એ ત્રિકોણાકાર ખામીઓ ધરાવતા ઉપકરણની પાંચ લાક્ષણિકતાઓના આંકડાકીય વિતરણનો હિસ્ટોગ્રામ છે. વાદળી ડોટેડ લાઇન એ ઉપકરણ લાક્ષણિકતા ઘટાડા માટે વિભાજક રેખા છે, અને લાલ ડોટેડ લાઇન એ ઉપકરણ નિષ્ફળતા માટે વિભાજક રેખા છે. ઉપકરણ નિષ્ફળતા માટે, ત્રિકોણાકાર ખામીઓનો મોટો પ્રભાવ પડે છે, અને નિષ્ફળતા દર 93% કરતા વધારે છે. આ મુખ્યત્વે ઉપકરણોની રિવર્સ લિકેજ લાક્ષણિકતાઓ પર ત્રિકોણાકાર ખામીઓના પ્રભાવને આભારી છે. ત્રિકોણાકાર ખામીઓ ધરાવતા 93% સુધીના ઉપકરણોમાં રિવર્સ લિકેજમાં નોંધપાત્ર વધારો થયો છે. વધુમાં, ત્રિકોણાકાર ખામીઓ ગેટ લિકેજ લાક્ષણિકતાઓ પર પણ ગંભીર અસર કરે છે, જેનો ડિગ્રેડેશન દર 60% છે. કોષ્ટક 4.2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ ડિગ્રેડેશન અને બોડી ડાયોડ લાક્ષણિકતા ઘટાડા માટે, ત્રિકોણાકાર ખામીઓનો પ્રભાવ નાનો છે, અને ડિગ્રેડેશન પ્રમાણ અનુક્રમે 26% અને 33% છે. પ્રતિકારમાં વધારો થવાના સંદર્ભમાં, ત્રિકોણાકાર ખામીઓનો પ્રભાવ નબળો છે, અને ડિગ્રેડેશન ગુણોત્તર લગભગ 33% છે.
MOSFET ઉપકરણની લાક્ષણિકતાઓ પર એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓની અસર
આકૃતિ 4.8 એ એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓ ધરાવતા ઉપકરણની પાંચ લાક્ષણિકતાઓના આંકડાકીય વિતરણનો હિસ્ટોગ્રામ છે. વાદળી ડોટેડ લાઇન એ ઉપકરણ લાક્ષણિકતા અધોગતિ માટે વિભાજન રેખા છે, અને લાલ ડોટેડ લાઇન એ ઉપકરણ નિષ્ફળતા માટે વિભાજન રેખા છે. આ પરથી જોઈ શકાય છે કે SiC MOSFET નમૂનામાં એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓ ધરાવતા ઉપકરણોની સંખ્યા ત્રિકોણાકાર ખામીઓ ધરાવતા ઉપકરણોની સંખ્યા જેટલી છે. ઉપકરણ લાક્ષણિકતાઓ પર એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓની અસર ત્રિકોણાકાર ખામીઓ કરતા અલગ છે. ઉપકરણ નિષ્ફળતાના સંદર્ભમાં, એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓ ધરાવતા ઉપકરણોનો નિષ્ફળતા દર માત્ર 47% છે. ત્રિકોણાકાર ખામીઓની તુલનામાં, ઉપકરણની રિવર્સ લિકેજ લાક્ષણિકતાઓ અને ગેટ લિકેજ લાક્ષણિકતાઓ પર એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓની અસર નોંધપાત્ર રીતે નબળી પડી છે, કોષ્ટક 4.3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે અનુક્રમે 53% અને 38% ના ડિગ્રેડેશન રેશિયો સાથે. બીજી બાજુ, થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ, બોડી ડાયોડ વહન લાક્ષણિકતાઓ અને ઓન-રેઝિસ્ટન્સ પર એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓની અસર ત્રિકોણાકાર ખામીઓ કરતા વધારે છે, ડિગ્રેડેશન રેશિયો 38% સુધી પહોંચે છે.
સામાન્ય રીતે, બે મોર્ફોલોજિકલ ખામીઓ, જેમ કે ત્રિકોણ અને એપિટેક્સિયલ ખાડાઓ, SiC MOSFET ઉપકરણોની નિષ્ફળતા અને લાક્ષણિક અધોગતિ પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. ત્રિકોણાકાર ખામીઓનું અસ્તિત્વ સૌથી ઘાતક છે, જેનો નિષ્ફળતા દર 93% જેટલો ઊંચો છે, જે મુખ્યત્વે ઉપકરણના રિવર્સ લિકેજમાં નોંધપાત્ર વધારો તરીકે પ્રગટ થાય છે. એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓ ધરાવતા ઉપકરણોમાં નિષ્ફળતા દર 47% ઓછો હતો. જો કે, એપિટેક્સિયલ ખાડા ખામીઓ ત્રિકોણાકાર ખામીઓ કરતાં ઉપકરણના થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ, બોડી ડાયોડ વહન લાક્ષણિકતાઓ અને ઓન-રેઝિસ્ટન્સ પર વધુ અસર કરે છે.
પોસ્ટ સમય: એપ્રિલ-૧૬-૨૦૨૪