Cacat berbentuk segitiga
Cacat segitiga merupakan cacat morfologi paling fatal pada lapisan epitaksial SiC. Sejumlah besar laporan literatur menunjukkan bahwa pembentukan cacat segitiga berkaitan dengan bentuk kristal 3C. Namun, karena mekanisme pertumbuhan yang berbeda, morfologi banyak cacat segitiga pada permukaan lapisan epitaksial sangat berbeda. Secara garis besar dapat dibagi menjadi beberapa tipe berikut:
(1) Terdapat cacat segitiga dengan partikel besar di bagian atas
Cacat segitiga jenis ini memiliki partikel bulat besar di bagian atas, yang mungkin disebabkan oleh benda jatuh selama proses pertumbuhan. Area segitiga kecil dengan permukaan kasar dapat diamati ke bawah dari titik puncak ini. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama proses epitaksi, dua lapisan 3C-SiC yang berbeda terbentuk secara berurutan di area segitiga, di mana lapisan pertama terbentuk di antarmuka dan tumbuh melalui aliran langkah 4H-SiC. Seiring bertambahnya ketebalan lapisan epitaksi, lapisan kedua polimorf 3C terbentuk dan tumbuh di lubang segitiga yang lebih kecil, tetapi langkah pertumbuhan 4H tidak sepenuhnya menutupi area polimorf 3C, sehingga area alur berbentuk V dari 3C-SiC masih terlihat jelas.
(2) Terdapat partikel kecil di bagian atas dan cacat segitiga dengan permukaan kasar
Partikel-partikel di titik sudut cacat segitiga jenis ini jauh lebih kecil, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Dan sebagian besar area segitiga tertutupi oleh aliran langkah 4H-SiC, yaitu, seluruh lapisan 3C-SiC sepenuhnya tertanam di bawah lapisan 4H-SiC. Hanya langkah pertumbuhan 4H-SiC yang dapat dilihat pada permukaan cacat segitiga, tetapi langkah-langkah ini jauh lebih besar daripada langkah pertumbuhan kristal 4H konvensional.
(3) Cacat segitiga dengan permukaan halus
Jenis cacat segitiga ini memiliki morfologi permukaan yang halus, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. Untuk cacat segitiga seperti ini, lapisan 3C-SiC ditutupi oleh aliran bertahap 4H-SiC, dan bentuk kristal 4H pada permukaan tumbuh lebih halus dan rata.
Cacat lubang epitaksial
Lubang epitaksial (Pits) adalah salah satu cacat morfologi permukaan yang paling umum, dan morfologi permukaan serta garis besar strukturnya yang khas ditunjukkan pada Gambar 4.4. Lokasi lubang korosi dislokasi ulir (TD) yang diamati setelah etsa KOH di bagian belakang perangkat memiliki kesesuaian yang jelas dengan lokasi lubang epitaksial sebelum persiapan perangkat, menunjukkan bahwa pembentukan cacat lubang epitaksial terkait dengan dislokasi ulir.
cacat wortel
Cacat berbentuk wortel adalah cacat permukaan umum pada lapisan epitaksial 4H-SiC, dan morfologi khasnya ditunjukkan pada Gambar 4.5. Cacat berbentuk wortel dilaporkan terbentuk oleh perpotongan kesalahan penumpukan Franconian dan prismatik yang terletak pada bidang dasar yang dihubungkan oleh dislokasi seperti tangga. Telah dilaporkan juga bahwa pembentukan cacat berbentuk wortel berkaitan dengan TSD (Transitional Stacking Dislocation/Dislokasi Susunan) dalam substrat. Tsuchida H. dkk. menemukan bahwa kepadatan cacat berbentuk wortel dalam lapisan epitaksial sebanding dengan kepadatan TSD dalam substrat. Dan dengan membandingkan gambar morfologi permukaan sebelum dan sesudah pertumbuhan epitaksial, semua cacat berbentuk wortel yang diamati dapat ditemukan sesuai dengan TSD dalam substrat. Wu H. dkk. menggunakan karakterisasi uji hamburan Raman untuk menemukan bahwa cacat berbentuk wortel tidak mengandung bentuk kristal 3C, tetapi hanya polipe 4H-SiC.
Pengaruh cacat segitiga pada karakteristik perangkat MOSFET
Gambar 4.7 adalah histogram distribusi statistik dari lima karakteristik perangkat yang mengandung cacat segitiga. Garis putus-putus biru adalah garis pemisah untuk degradasi karakteristik perangkat, dan garis putus-putus merah adalah garis pemisah untuk kegagalan perangkat. Untuk kegagalan perangkat, cacat segitiga memiliki dampak yang besar, dan tingkat kegagalannya lebih dari 93%. Hal ini terutama disebabkan oleh pengaruh cacat segitiga pada karakteristik kebocoran balik perangkat. Hingga 93% perangkat yang mengandung cacat segitiga mengalami peningkatan kebocoran balik yang signifikan. Selain itu, cacat segitiga juga memiliki dampak serius pada karakteristik kebocoran gerbang, dengan tingkat degradasi 60%. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.2, untuk degradasi tegangan ambang dan degradasi karakteristik dioda bodi, dampak cacat segitiga kecil, dan proporsi degradasinya masing-masing adalah 26% dan 33%. Dalam hal menyebabkan peningkatan resistansi on, dampak cacat segitiga lemah, dan rasio degradasinya sekitar 33%.
Pengaruh cacat lubang epitaksial pada karakteristik perangkat MOSFET
Gambar 4.8 adalah histogram distribusi statistik dari lima karakteristik perangkat yang mengandung cacat pit epitaksial. Garis putus-putus biru adalah garis pemisah untuk degradasi karakteristik perangkat, dan garis putus-putus merah adalah garis pemisah untuk kegagalan perangkat. Dari sini dapat dilihat bahwa jumlah perangkat yang mengandung cacat pit epitaksial pada sampel SiC MOSFET setara dengan jumlah perangkat yang mengandung cacat segitiga. Dampak cacat pit epitaksial pada karakteristik perangkat berbeda dengan dampak cacat segitiga. Dalam hal kegagalan perangkat, tingkat kegagalan perangkat yang mengandung cacat pit epitaksial hanya 47%. Dibandingkan dengan cacat segitiga, dampak cacat pit epitaksial pada karakteristik kebocoran balik dan karakteristik kebocoran gerbang perangkat jauh lebih lemah, dengan rasio degradasi masing-masing 53% dan 38%, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.3. Di sisi lain, dampak cacat pit epitaksial pada karakteristik tegangan ambang, karakteristik konduksi dioda bodi, dan resistansi on lebih besar daripada dampak cacat segitiga, dengan rasio degradasi mencapai 38%.
Secara umum, dua cacat morfologi, yaitu segitiga dan lubang epitaksial, memiliki dampak signifikan pada kegagalan dan degradasi karakteristik perangkat MOSFET SiC. Keberadaan cacat segitiga adalah yang paling fatal, dengan tingkat kegagalan setinggi 93%, terutama dimanifestasikan sebagai peningkatan signifikan pada kebocoran balik perangkat. Perangkat yang mengandung cacat lubang epitaksial memiliki tingkat kegagalan yang lebih rendah yaitu 47%. Namun, cacat lubang epitaksial memiliki dampak yang lebih besar pada tegangan ambang perangkat, karakteristik konduksi dioda bodi, dan resistansi on-state dibandingkan dengan cacat segitiga.
Waktu posting: 16 April 2024