Trokutasti defekt
Trokutasti defekti su najfatalniji morfološki defekti u SiC epitaksijalnim slojevima. Veliki broj literaturnih izvješća pokazao je da je nastanak trokutastih defekata povezan s kristalnim oblikom 3C. Međutim, zbog različitih mehanizama rasta, morfologija mnogih trokutastih defekata na površini epitaksijalnog sloja je prilično različita. Može se grubo podijeliti na sljedeće tipove:
(1) Postoje trokutasti defekti s velikim česticama na vrhu
Ova vrsta trokutastog defekta ima veliku sfernu česticu na vrhu, koja može biti uzrokovana padajućim predmetima tijekom procesa rasta. Malo trokutasto područje s hrapavom površinom može se vidjeti prema dolje od ovog vrha. To je zbog činjenice da se tijekom epitaksijalnog procesa u trokutastom području uzastopno formiraju dva različita 3C-SiC sloja, od kojih se prvi sloj nukleira na granici i raste kroz korak 4H-SiC. Kako se debljina epitaksijalnog sloja povećava, drugi sloj 3C politipa nukleira i raste u manjim trokutastim udubljenjima, ali korak rasta 4H ne pokriva u potpunosti područje 3C politipa, čineći područje V-oblikovanog utora 3C-SiC još uvijek jasno vidljivim.
(2) Na vrhu se nalaze male čestice i trokutasti defekti s hrapavom površinom
Čestice na vrhovima ove vrste trokutastog defekta su mnogo manje, kao što je prikazano na slici 4.2. Većina trokutastog područja prekrivena je stepenastim tokom 4H-SiC, odnosno cijeli sloj 3C-SiC je potpuno ugrađen ispod sloja 4H-SiC. Na površini trokutastog defekta mogu se vidjeti samo koraci rasta 4H-SiC, ali ti koraci su mnogo veći od konvencionalnih koraka rasta kristala 4H.
(3) Trokutasti defekti s glatkom površinom
Ova vrsta trokutastog defekta ima glatku površinsku morfologiju, kao što je prikazano na slici 4.3. Kod takvih trokutastih defekta, sloj 3C-SiC je prekriven postupnim tokom 4H-SiC, a kristalni oblik 4H na površini postaje finiji i glatkiji.
Epitaksijalni defekti u jamicama
Epitaksijalne jamice (Pits) su jedni od najčešćih defekata površinske morfologije, a njihova tipična površinska morfologija i strukturni obris prikazani su na slici 4.4. Položaj korozijskih jama uslijed navojnih dislokacija (TD) uočenih nakon jetkanja KOH-om na stražnjoj strani uređaja jasno se podudara s položajem epitaksijalnih jama prije pripreme uređaja, što ukazuje na to da je nastanak epitaksijalnih defekata povezan s navojnim dislokacijama.
nedostaci mrkve
Defekti mrkve uobičajeni su površinski defekti u epitaksijalnim slojevima 4H-SiC, a njihova tipična morfologija prikazana je na slici 4.5. Navodi se da defekt mrkve nastaje presjekom frankonskih i prizmatičnih grešaka slaganja smještenih na bazalnoj ravnini povezanih stepenastim dislokacijama. Također je objavljeno da je stvaranje defekata mrkve povezano s TSD-om u podlozi. Tsuchida H. i sur. otkrili su da je gustoća defekata mrkve u epitaksijalnom sloju proporcionalna gustoći TSD-a u podlozi. Usporedbom slika površinske morfologije prije i nakon epitaksijalnog rasta, može se utvrditi da svi uočeni defekti mrkve odgovaraju TSD-u u podlozi. Wu H. i sur. koristili su karakterizaciju Ramanovim testom raspršenja kako bi otkrili da defekti mrkve ne sadrže kristalni oblik 3C, već samo 4H-SiC politip.
Utjecaj trokutastih defekata na karakteristike MOSFET uređaja
Slika 4.7 prikazuje histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži trokutaste defekte. Plava isprekidana linija je razdjelnica za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena isprekidana linija je razdjelnica za kvar uređaja. Kod kvarova uređaja, trokutasti defekti imaju veliki utjecaj, a stopa kvara je veća od 93%. To se uglavnom pripisuje utjecaju trokutastih defekata na karakteristike povratnog propuštanja uređaja. Do 93% uređaja koji sadrže trokutaste defekte značajno je povećalo povratno propuštanje. Osim toga, trokutasti defekti također imaju ozbiljan utjecaj na karakteristike propuštanja vrata, sa stopom degradacije od 60%. Kao što je prikazano u tablici 4.2, utjecaj trokutastih defekata je malen, a udjeli degradacije su 26% odnosno 33%. Što se tiče uzrokovanja povećanja otpora uključenja, utjecaj trokutastih defekata je slab, a omjer degradacije je oko 33%.
Utjecaj epitaksijalnih defekata na karakteristike MOSFET uređaja
Slika 4.8 prikazuje histogram statističke distribucije pet karakteristika uređaja koji sadrži epitaksijalne defekte u jamicama. Plava isprekidana linija je razdjelna linija za degradaciju karakteristika uređaja, a crvena isprekidana linija je razdjelna linija za kvar uređaja. Iz ovoga se može vidjeti da je broj uređaja koji sadrže epitaksijalne defekte u jamicama u uzorku SiC MOSFET-a jednak broju uređaja koji sadrže trokutaste defekte. Utjecaj epitaksijalnih defekata u jamicama na karakteristike uređaja razlikuje se od utjecaja trokutastih defekata. Što se tiče kvara uređaja, stopa kvara uređaja koji sadrže epitaksijalne defekte u jamicama iznosi samo 47%. U usporedbi s trokutastim defektima, utjecaj epitaksijalnih defekata u jamicama na karakteristike obrnutog propuštanja i karakteristike propuštanja vrata uređaja značajno je oslabljen, s omjerima degradacije od 53% odnosno 38%, kao što je prikazano u tablici 4.3. S druge strane, utjecaj epitaksijalnih defekata u jamicama na karakteristike napona praga, karakteristike vodljivosti tjelesne diode i otpor uključenja veći je od utjecaja trokutastih defekata, s omjerom degradacije koji doseže 38%.
Općenito, dva morfološka defekta, naime trokuti i epitaksijalne jamice, imaju značajan utjecaj na kvar i degradaciju karakteristika SiC MOSFET uređaja. Postojanje trokutastih defekata je najfatalnije, sa stopom kvara i do 93%, što se uglavnom manifestira kao značajno povećanje obrnutog curenja uređaja. Uređaji koji sadrže epitaksijalne jamice imali su nižu stopu kvara od 47%. Međutim, epitaksijalne jamice imaju veći utjecaj na napon praga uređaja, karakteristike vodljivosti tijela diode i otpor uključenja nego trokutasti defekti.
Vrijeme objave: 16. travnja 2024.