SiC հիմքի և էպիտաքսիալ նյութերի ազդեցությունը MOSFET սարքի բնութագրերի վրա

Եռանկյունային թերություն

Եռանկյուն արատները SiC էպիտաքսիալ շերտերի ամենավատ ձևաբանական արատներն են: Գրականության մեջ մեծ թվով հրապարակումներ ցույց են տվել, որ եռանկյուն արատների առաջացումը կապված է 3C բյուրեղային ձևի հետ: Այնուամենայնիվ, տարբեր աճի մեխանիզմների պատճառով, էպիտաքսիալ շերտի մակերեսին շատ եռանկյուն արատների ձևաբանությունը բավականին տարբեր է: Այն կարելի է մոտավորապես բաժանել հետևյալ տեսակների՝

(1) Վերևում կան եռանկյունաձև արատներ՝ խոշոր մասնիկներով

Այս տեսակի եռանկյունաձև արատը վերևում ունի մեծ գնդաձև մասնիկ, որը կարող է առաջանալ աճի գործընթացի ընթացքում ընկնող առարկաների պատճառով: Այս գագաթից ներքև կարելի է դիտարկել կոպիտ մակերեսով փոքր եռանկյունաձև տարածք: Սա պայմանավորված է նրանով, որ էպիտաքսիալ գործընթացի ընթացքում եռանկյունաձև տարածքում հաջորդաբար ձևավորվում են երկու տարբեր 3C-SiC շերտեր, որոնցից առաջին շերտը միջուկավորվում է միջերեսում և աճում է 4H-SiC աստիճանական հոսքի միջոցով: Էպիտաքսիալ շերտի հաստության մեծացմանը զուգընթաց, 3C պոլիտիպի երկրորդ շերտը միջուկավորվում է և աճում է ավելի փոքր եռանկյունաձև փոսիկներով, բայց 4H աճի փուլը ամբողջությամբ չի ծածկում 3C պոլիտիպի տարածքը, ինչը 3C-SiC-ի V-աձև ակոսի տարածքը դարձնում է դեռևս հստակ տեսանելի:

(2) Վերևում կան փոքր մասնիկներ և եռանկյունաձև արատներ՝ կոպիտ մակերեսով

Այս տեսակի եռանկյունաձև արատի գագաթներում մասնիկները շատ ավելի փոքր են, ինչպես ցույց է տրված նկար 4.2-ում: Եվ եռանկյունաձև տարածքի մեծ մասը ծածկված է 4H-SiC աստիճանական հոսքով, այսինքն՝ ամբողջ 3C-SiC շերտը ամբողջությամբ ներդրված է 4H-SiC շերտի տակ: Եռանկյունաձև արատի մակերեսին կարելի է տեսնել միայն 4H-SiC աճի փուլերը, բայց այս քայլերը շատ ավելի մեծ են, քան ավանդական 4H բյուրեղային աճի փուլերը:

(3) Եռանկյուն արատներ՝ հարթ մակերեսով

Այս տեսակի եռանկյունաձև արատը ունի հարթ մակերեսային ձևաբանություն, ինչպես ցույց է տրված նկար 4.3-ում: Նման եռանկյունաձև արատների դեպքում 3C-SiC շերտը ծածկված է 4H-SiC-ի աստիճանական հոսքով, և մակերեսին 4H բյուրեղային ձևը դառնում է ավելի նուրբ և հարթ:

Էպիտաքսիալ փոսի արատներ

Էպիտաքսիալ փոսերը (Pits) մակերեսային ձևաբանության ամենատարածված արատներից են, և դրանց բնորոշ մակերեսային ձևաբանությունը և կառուցվածքային ուրվագիծը ներկայացված են նկար 4.4-ում: Սարքի հետևի մասում KOH փորագրությունից հետո դիտարկվող թելային դիսլոկացիայի (TD) կոռոզիոն փոսերի տեղակայումը հստակ համապատասխանում է սարքի պատրաստումից առաջ էպիտաքսիալ փոսերի տեղակայմանը, ինչը ցույց է տալիս, որ էպիտաքսիալ փոսերի արատների առաջացումը կապված է թելային դիսլոկացիաների հետ:

գազարի թերություններ

Գազարի արատները 4H-SiC էպիտաքսիալ շերտերի տարածված մակերեսային արատ են, և դրանց բնորոշ ձևաբանությունը ներկայացված է նկար 4.5-ում: Հաղորդվում է, որ գազարի արատը ձևավորվում է բազալ հարթության վրա տեղակայված ֆրանկոնյան և պրիզմայական կուտակվող խզվածքների հատման արդյունքում, որոնք միացված են աստիճանաձև դիսլոկացիաներով: Նաև հաղորդվել է, որ գազարի արատների ձևավորումը կապված է հիմքում TSD-ի հետ: Ցուչիդա Հ.-ն և այլք պարզել են, որ էպիտաքսիալ շերտում գազարի արատների խտությունը համեմատական ​​է հիմքում TSD-ի խտությանը: Եվ համեմատելով մակերեսային ձևաբանության պատկերները էպիտաքսիալ աճից առաջ և հետո, կարելի է պարզել, որ բոլոր դիտարկված գազարի արատները համապատասխանում են հիմքում TSD-ին: Վու Հ.-ն և այլք օգտագործել են Ռամանի ցրման թեստի բնութագրումը՝ պարզելու համար, որ գազարի արատները չեն պարունակում 3C բյուրեղային ձև, այլ միայն 4H-SiC պոլիտիպ:

Եռանկյունային արատների ազդեցությունը MOSFET սարքի բնութագրերի վրա

Նկար 4.7-ը եռանկյունաձև արատներ պարունակող սարքի հինգ բնութագրերի վիճակագրական բաշխման հիստոգրամ է: Կապույտ կետավոր գիծը սարքի բնութագրերի վատթարացման բաժանարար գիծն է, իսկ կարմիր կետավոր գիծը՝ սարքի խափանման բաժանարար գիծը: Սարքի խափանման դեպքում եռանկյունաձև արատները մեծ ազդեցություն ունեն, և խափանման մակարդակը գերազանցում է 93%-ը: Սա հիմնականում պայմանավորված է եռանկյունաձև արատների ազդեցությամբ սարքերի հակադարձ արտահոսքի բնութագրերի վրա: Եռանկյունաձև արատներ պարունակող սարքերի մինչև 93%-ը զգալիորեն մեծացրել է հակադարձ արտահոսքը: Բացի այդ, եռանկյունաձև արատները նույնպես լուրջ ազդեցություն ունեն դարպասի արտահոսքի բնութագրերի վրա՝ 60% վատթարացման մակարդակով: Ինչպես ցույց է տրված աղյուսակ 4.2-ում, շեմային լարման վատթարացման և դիոդի մարմնի բնութագրերի վատթարացման դեպքում եռանկյունաձև արատների ազդեցությունը փոքր է, և վատթարացման համամասնությունները համապատասխանաբար կազմում են 26% և 33%: Միացման դիմադրության աճի առումով եռանկյունաձև արատների ազդեցությունը թույլ է, և վատթարացման հարաբերակցությունը կազմում է մոտ 33%:

Էպիտաքսիալ փոսի արատների ազդեցությունը MOSFET սարքի բնութագրերի վրա

Նկար 4.8-ը էպիտաքսիալ փոսային արատներ պարունակող սարքի հինգ բնութագրերի վիճակագրական բաշխման հիստոգրամ է: Կապույտ կետավոր գիծը սարքի բնութագրերի դեգրադացիայի բաժանարար գիծն է, իսկ կարմիր կետավոր գիծը՝ սարքի խափանման բաժանարար գիծը: Դրանից կարելի է տեսնել, որ SiC MOSFET նմուշում էպիտաքսիալ փոսային արատներ պարունակող սարքերի քանակը համարժեք է եռանկյուն արատներ պարունակող սարքերի քանակին: Էպիտաքսիալ փոսային արատների ազդեցությունը սարքի բնութագրերի վրա տարբերվում է եռանկյուն արատներից: Սարքի խափանման առումով էպիտաքսիալ փոսային արատներ պարունակող սարքերի խափանման մակարդակը կազմում է ընդամենը 47%: Եռանկյուն արատների համեմատ, էպիտաքսիալ փոսային արատների ազդեցությունը սարքի հակադարձ արտահոսքի բնութագրերի և դարպասի արտահոսքի բնութագրերի վրա զգալիորեն թուլանում է՝ համապատասխանաբար 53% և 38% դեգրադացիայի հարաբերակցությամբ, ինչպես ցույց է տրված աղյուսակ 4.3-ում: Մյուս կողմից, էպիտաքսիալ փոսային արատների ազդեցությունը շեմային լարման բնութագրերի, դիոդի մարմնի հաղորդունակության բնութագրերի և միացման դիմադրության վրա ավելի մեծ է, քան եռանկյուն արատներինը, դեգրադացիայի հարաբերակցությունը հասնում է 38%-ի:

Ընդհանուր առմամբ, երկու ձևաբանական արատներ՝ եռանկյունները և էպիտաքսիալ փոսերը, զգալի ազդեցություն ունեն SiC MOSFET սարքերի խափանման և բնութագրական քայքայման վրա: Եռանկյուն արատների առկայությունը ամենամահացու է՝ մինչև 93% խափանման մակարդակով, որը հիմնականում դրսևորվում է սարքի հակադարձ արտահոսքի զգալի աճով: Էպիտաքսիալ փոսային արատներ պարունակող սարքերն ունեցել են ավելի ցածր՝ 47% խափանման մակարդակ: Այնուամենայնիվ, էպիտաքսիալ փոսային արատները ավելի մեծ ազդեցություն ունեն սարքի շեմային լարման, դիոդի մարմնի հաղորդունակության բնութագրերի և միացման դիմադրության վրա, քան եռանկյուն արատները: