त्रिकोणीय दोष
SiC एपिटैक्सियल परतों में त्रिकोणीय दोष सबसे घातक आकारिकीय दोष होते हैं। कई शोध रिपोर्टों से पता चला है कि त्रिकोणीय दोषों का निर्माण 3C क्रिस्टल रूप से संबंधित है। हालांकि, विभिन्न विकास प्रक्रियाओं के कारण, एपिटैक्सियल परत की सतह पर कई त्रिकोणीय दोषों का आकार काफी भिन्न होता है। इसे मोटे तौर पर निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:
(1) शीर्ष पर बड़े कणों के साथ त्रिकोणीय दोष मौजूद हैं
इस प्रकार के त्रिकोणीय दोष के शीर्ष पर एक बड़ा गोलाकार कण होता है, जो वृद्धि प्रक्रिया के दौरान गिरने वाली वस्तुओं के कारण हो सकता है। इस शीर्ष से नीचे की ओर एक खुरदरी सतह वाला छोटा त्रिकोणीय क्षेत्र देखा जा सकता है। इसका कारण यह है कि एपिटैक्सियल प्रक्रिया के दौरान, त्रिकोणीय क्षेत्र में क्रमिक रूप से दो अलग-अलग 3C-SiC परतें बनती हैं, जिनमें से पहली परत इंटरफ़ेस पर बनती है और 4H-SiC चरण प्रवाह के माध्यम से बढ़ती है। जैसे-जैसे एपिटैक्सियल परत की मोटाई बढ़ती है, 3C पॉलीटाइप की दूसरी परत छोटे त्रिकोणीय गड्ढों में बनती और बढ़ती है, लेकिन 4H वृद्धि चरण 3C पॉलीटाइप क्षेत्र को पूरी तरह से नहीं ढक पाता है, जिससे 3C-SiC का V-आकार का खांचा क्षेत्र अभी भी स्पष्ट रूप से दिखाई देता है।
(2) शीर्ष पर छोटे कण और खुरदरी सतह वाले त्रिकोणीय दोष मौजूद हैं
इस प्रकार के त्रिभुजाकार दोष के शीर्षों पर स्थित कण बहुत छोटे होते हैं, जैसा कि चित्र 4.2 में दिखाया गया है। त्रिभुजाकार क्षेत्र का अधिकांश भाग 4H-SiC के चरणबद्ध प्रवाह से ढका हुआ है, अर्थात् संपूर्ण 3C-SiC परत 4H-SiC परत के नीचे पूरी तरह से समाहित है। त्रिभुजाकार दोष की सतह पर केवल 4H-SiC के वृद्धि चरण ही दिखाई देते हैं, लेकिन ये चरण पारंपरिक 4H क्रिस्टल वृद्धि चरणों की तुलना में बहुत बड़े होते हैं।
(3) चिकनी सतह वाले त्रिभुजाकार दोष
इस प्रकार के त्रिकोणीय दोष की सतह चिकनी होती है, जैसा कि चित्र 4.3 में दिखाया गया है। ऐसे त्रिकोणीय दोषों में, 3C-SiC परत 4H-SiC के चरणबद्ध प्रवाह से ढकी होती है, और सतह पर 4H क्रिस्टल का रूप महीन और चिकना होता जाता है।
एपिटैक्सियल पिट दोष
एपिटैक्सियल पिट्स (गड्ढे) सतह की संरचना संबंधी सबसे आम दोषों में से एक हैं, और इनकी विशिष्ट सतह संरचना और संरचनात्मक रूपरेखा चित्र 4.4 में दर्शाई गई है। KOH एचिंग के बाद डिवाइस के पिछले हिस्से पर देखे गए थ्रेडिंग डिसलोकेशन (TD) संक्षारण गड्ढों का स्थान, डिवाइस तैयार करने से पहले मौजूद एपिटैक्सियल पिट्स के स्थान से स्पष्ट रूप से मेल खाता है, जो दर्शाता है कि एपिटैक्सियल पिट दोषों का निर्माण थ्रेडिंग डिसलोकेशन से संबंधित है।
गाजर में दोष
कैरट डिफेक्ट 4H-SiC एपिटैक्सियल परतों में पाया जाने वाला एक सामान्य सतही दोष है, और इसकी विशिष्ट आकृति चित्र 4.5 में दर्शाई गई है। कैरट डिफेक्ट का निर्माण आधार तल पर स्थित फ्रैंकोनियन और प्रिज्मीय स्टैकिंग दोषों के प्रतिच्छेदन से होता है, जो स्टेप-जैसे डिसलोकेशन द्वारा जुड़े होते हैं। यह भी बताया गया है कि कैरट डिफेक्ट का निर्माण सब्सट्रेट में TSD से संबंधित है। त्सुचिदा एच. एट अल. ने पाया कि एपिटैक्सियल परत में कैरट डिफेक्ट का घनत्व सब्सट्रेट में TSD के घनत्व के समानुपाती होता है। एपिटैक्सियल वृद्धि से पहले और बाद की सतही आकृति छवियों की तुलना करके, यह पाया गया कि सभी देखे गए कैरट डिफेक्ट सब्सट्रेट में TSD के अनुरूप हैं। वू एच. एट अल. ने रमन स्कैटरिंग परीक्षण का उपयोग करके यह पाया कि कैरट डिफेक्ट में 3C क्रिस्टल रूप नहीं था, बल्कि केवल 4H-SiC पॉलीटाइप था।
MOSFET डिवाइस विशेषताओं पर त्रिकोणीय दोषों का प्रभाव
चित्र 4.7 त्रिभुजाकार दोष वाले उपकरण की पाँच विशेषताओं के सांख्यिकीय वितरण का हिस्टोग्राम है। नीली बिंदीदार रेखा उपकरण की विशेषताओं में गिरावट की विभाजक रेखा है, और लाल बिंदीदार रेखा उपकरण की विफलता की विभाजक रेखा है। उपकरण की विफलता पर त्रिभुजाकार दोषों का बहुत अधिक प्रभाव पड़ता है, और विफलता दर 93% से अधिक है। इसका मुख्य कारण उपकरणों की रिवर्स लीकेज विशेषताओं पर त्रिभुजाकार दोषों का प्रभाव है। त्रिभुजाकार दोष वाले 93% तक उपकरणों में रिवर्स लीकेज में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई है। इसके अतिरिक्त, त्रिभुजाकार दोष गेट लीकेज विशेषताओं पर भी गंभीर प्रभाव डालते हैं, जिससे गिरावट की दर 60% तक हो जाती है। तालिका 4.2 में दर्शाए अनुसार, थ्रेशोल्ड वोल्टेज गिरावट और बॉडी डायोड विशेषताओं में गिरावट के मामले में, त्रिभुजाकार दोषों का प्रभाव कम है, और गिरावट का अनुपात क्रमशः 26% और 33% है। ऑन-रेज़िस्टेंस में वृद्धि के मामले में, त्रिभुजाकार दोषों का प्रभाव कम है, और गिरावट का अनुपात लगभग 33% है।
एमओएसएफईटी डिवाइस विशेषताओं पर एपिटैक्सियल पिट दोषों का प्रभाव
चित्र 4.8, एपिटैक्सियल पिट दोष वाले उपकरण की पाँच विशेषताओं के सांख्यिकीय वितरण का हिस्टोग्राम है। नीली बिंदीदार रेखा उपकरण की विशेषताओं में गिरावट की विभाजक रेखा है, और लाल बिंदीदार रेखा उपकरण की विफलता की विभाजक रेखा है। इससे यह स्पष्ट है कि SiC MOSFET नमूने में एपिटैक्सियल पिट दोष वाले उपकरणों की संख्या, त्रिभुजाकार दोष वाले उपकरणों की संख्या के बराबर है। उपकरण की विशेषताओं पर एपिटैक्सियल पिट दोषों का प्रभाव त्रिभुजाकार दोषों से भिन्न होता है। उपकरण की विफलता के संदर्भ में, एपिटैक्सियल पिट दोष वाले उपकरणों की विफलता दर केवल 47% है। त्रिभुजाकार दोषों की तुलना में, उपकरण की रिवर्स लीकेज विशेषताओं और गेट लीकेज विशेषताओं पर एपिटैक्सियल पिट दोषों का प्रभाव काफी कम हो जाता है, गिरावट अनुपात क्रमशः 53% और 38% है, जैसा कि तालिका 4.3 में दर्शाया गया है। दूसरी ओर, एपिटैक्सियल पिट दोषों का थ्रेशोल्ड वोल्टेज विशेषताओं, बॉडी डायोड चालन विशेषताओं और ऑन-रेसिस्टेंस पर प्रभाव त्रिकोणीय दोषों की तुलना में अधिक होता है, जिसमें गिरावट का अनुपात 38% तक पहुंच जाता है।
सामान्यतः, दो प्रकार के संरचनात्मक दोष, त्रिभुजाकार और एपिटैक्सियल गड्ढे, SiC MOSFET उपकरणों की विफलता और विशेषताओं में गिरावट पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं। त्रिभुजाकार दोष सबसे घातक होता है, जिसकी विफलता दर 93% तक होती है, जो मुख्य रूप से उपकरण के रिवर्स लीकेज में उल्लेखनीय वृद्धि के रूप में प्रकट होती है। एपिटैक्सियल गड्ढे वाले उपकरणों की विफलता दर 47% कम होती है। हालांकि, एपिटैक्सियल गड्ढे वाले दोष उपकरण के थ्रेशोल्ड वोल्टेज, बॉडी डायोड चालन विशेषताओं और ऑन-रेसिस्टेंस पर त्रिभुजाकार दोषों की तुलना में अधिक प्रभाव डालते हैं।
पोस्ट करने का समय: 16 अप्रैल 2024