Cacat segitiga
Cacat segitiga merupakan cacat morfologi yang paling fatal pada lapisan epitaksial SiC. Sejumlah besar laporan literatur telah menunjukkan bahwa pembentukan cacat segitiga terkait dengan bentuk kristal 3C. Akan tetapi, karena mekanisme pertumbuhan yang berbeda, morfologi banyak cacat segitiga pada permukaan lapisan epitaksial sangat berbeda. Secara garis besar, cacat ini dapat dibagi menjadi beberapa jenis berikut:
(1) Terdapat cacat segitiga dengan partikel besar di bagian atas
Jenis cacat segitiga 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 sudut ini. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama proses epitaksial, dua lapisan 3C-SiC yang berbeda terbentuk berturut-turut di area segitiga, yang lapisan pertama berinti di antarmuka dan tumbuh melalui aliran langkah 4H-SiC. Saat ketebalan lapisan epitaksial meningkat, lapisan kedua politipe 3C berinti dan tumbuh di lubang segitiga yang lebih kecil, tetapi langkah pertumbuhan 4H tidak sepenuhnya menutupi area politipe 3C, membuat area alur berbentuk V dari 3C-SiC masih terlihat jelas.
(2) Ada partikel kecil di bagian atas dan cacat segitiga dengan permukaan kasar
Partikel-partikel pada titik-titik puncak jenis cacat segitiga ini jauh lebih kecil, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Dan sebagian besar area segitiga ditutupi oleh aliran bertahap 4H-SiC, yaitu, seluruh lapisan 3C-SiC sepenuhnya tertanam di bawah lapisan 4H-SiC. Hanya langkah-langkah pertumbuhan 4H-SiC yang dapat dilihat pada permukaan cacat segitiga, tetapi langkah-langkah ini jauh lebih besar daripada langkah-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 itu, lapisan 3C-SiC ditutupi oleh aliran bertahap 4H-SiC, dan bentuk kristal 4H pada permukaan tumbuh lebih halus dan lembut.
Cacat lubang epitaksial
Lubang epitaksial (Pits) merupakan 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 pada bagian belakang perangkat memiliki korespondensi yang jelas dengan lokasi lubang epitaksial sebelum persiapan perangkat, yang menunjukkan bahwa pembentukan cacat lubang epitaksial terkait dengan dislokasi ulir.
Cacat wortel
Cacat wortel merupakan cacat permukaan umum pada lapisan epitaksial 4H-SiC, dan morfologi tipikalnya ditunjukkan pada Gambar 4.5. Cacat wortel dilaporkan terbentuk oleh perpotongan patahan susunan Franconian dan prismatik yang terletak pada bidang basal yang dihubungkan oleh dislokasi seperti tangga. Telah dilaporkan juga bahwa pembentukan cacat wortel terkait dengan TSD dalam substrat. Tsuchida H. et al. menemukan bahwa kerapatan cacat wortel dalam lapisan epitaksial sebanding dengan kerapatan TSD dalam substrat. Dan dengan membandingkan gambar morfologi permukaan sebelum dan sesudah pertumbuhan epitaksial, semua cacat wortel yang diamati dapat ditemukan sesuai dengan TSD dalam substrat. Wu H. et al. menggunakan karakterisasi uji hamburan Raman untuk menemukan bahwa cacat wortel tidak mengandung bentuk kristal 3C, tetapi hanya politipe 4H-SiC.
Pengaruh cacat segitiga pada karakteristik perangkat MOSFET
Gambar 4.7 adalah histogram distribusi statistik 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 kegagalan lebih besar 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 secara 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 batas dan degradasi karakteristik dioda badan, dampak cacat segitiga kecil, dan proporsi degradasi masing-masing adalah 26% dan 33%. Dalam hal menyebabkan peningkatan resistansi aktif, dampak cacat segitiga lemah, dan rasio degradasi sekitar 33%.
Pengaruh cacat pit 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. Dapat dilihat dari sini bahwa jumlah perangkat yang mengandung cacat pit epitaksial dalam sampel SiC MOSFET setara dengan jumlah perangkat yang mengandung cacat segitiga. Dampak cacat pit epitaksial pada karakteristik perangkat berbeda dari 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 melemah secara signifikan, dengan rasio degradasi masing-masing sebesar 53% dan 38%, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.3. Di sisi lain, dampak cacat pit epitaksial pada karakteristik tegangan ambang, karakteristik konduksi dioda badan, dan resistansi aktif lebih besar daripada cacat segitiga, dengan rasio degradasi mencapai 38%.
Secara umum, dua cacat morfologi, yaitu segitiga dan lubang epitaksial, memiliki dampak signifikan terhadap kegagalan dan degradasi karakteristik perangkat SiC MOSFET. Adanya cacat segitiga merupakan yang paling fatal, dengan tingkat kegagalan setinggi 93%, terutama terwujud sebagai peningkatan signifikan dalam 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 batas perangkat, karakteristik konduksi dioda bodi, dan resistansi aktif daripada cacat segitiga.
Waktu posting: 16-Apr-2024