სამკუთხა დეფექტი
სამკუთხა დეფექტები SiC ეპიტაქსიურ ფენებში ყველაზე ფატალური მორფოლოგიური დეფექტებია. ლიტერატურაში დიდი რაოდენობით მოხსენებები აჩვენებს, რომ სამკუთხა დეფექტების წარმოქმნა დაკავშირებულია 3C კრისტალურ ფორმასთან. თუმცა, ზრდის სხვადასხვა მექანიზმის გამო, ეპიტაქსიური ფენის ზედაპირზე მრავალი სამკუთხა დეფექტის მორფოლოგია საკმაოდ განსხვავებულია. მისი დაახლოებით შემდეგ ტიპებად დაყოფა შესაძლებელია:
(1) ზედა ნაწილში არის სამკუთხა დეფექტები დიდი ნაწილაკებით
ამ ტიპის სამკუთხა დეფექტს ზედა ნაწილში დიდი სფერული ნაწილაკი აქვს, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს ზრდის პროცესში ჩამოვარდნილი საგნებით. ამ წვეროდან ქვემოთ ჩანს პატარა სამკუთხა არე უხეში ზედაპირით. ეს განპირობებულია იმით, რომ ეპიტაქსიური პროცესის დროს სამკუთხა არეალში თანმიმდევრულად წარმოიქმნება ორი განსხვავებული 3C-SiC ფენა, რომელთაგან პირველი ფენა ბირთვდება ინტერფეისზე და იზრდება 4H-SiC საფეხუროვანი ნაკადის გავლით. ეპიტაქსიური ფენის სისქის ზრდასთან ერთად, 3C პოლიტიპის მეორე ფენა ბირთვდება და იზრდება უფრო პატარა სამკუთხა ორმოებში, მაგრამ 4H ზრდის საფეხური სრულად არ ფარავს 3C პოლიტიპის არეალს, რის გამოც 3C-SiC-ის V-ფორმის ღარის არე კვლავ მკაფიოდ ჩანს.
(2) ზედა ნაწილში არის პატარა ნაწილაკები და სამკუთხა დეფექტები უხეში ზედაპირით
ამ ტიპის სამკუთხა დეფექტის წვეროებში ნაწილაკები გაცილებით პატარაა, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 4.2-ზე. სამკუთხა ფართობის უმეტესი ნაწილი დაფარულია 4H-SiC-ის საფეხუროვანი ნაკადით, ანუ მთელი 3C-SiC ფენა მთლიანად ჩასმულია 4H-SiC ფენის ქვეშ. სამკუთხა დეფექტის ზედაპირზე მხოლოდ 4H-SiC-ის ზრდის საფეხურები ჩანს, მაგრამ ეს საფეხურები გაცილებით დიდია, ვიდრე ტრადიციული 4H კრისტალის ზრდის საფეხურები.
(3) სამკუთხა დეფექტები გლუვი ზედაპირით
ამ ტიპის სამკუთხა დეფექტს გლუვი ზედაპირის მორფოლოგია აქვს, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 4.3-ზე. ასეთი სამკუთხა დეფექტების შემთხვევაში, 3C-SiC ფენა დაფარულია 4H-SiC-ის საფეხურებრივი ნაკადით, ხოლო ზედაპირზე არსებული 4H კრისტალური ფორმა უფრო წვრილი და გლუვი ხდება.
ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტები
ეპიტაქსიური ორმოები (Pits) ზედაპირული მორფოლოგიის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული დეფექტია და მათი ტიპიური ზედაპირის მორფოლოგია და სტრუქტურული მონახაზი ნაჩვენებია ნახაზ 4.4-ზე. მოწყობილობის უკანა მხარეს KOH გრავირების შემდეგ დაფიქსირებული ხრახნიანი დისლოკაციის (TD) კოროზიის ორმოების მდებარეობა მკაფიოდ შეესაბამება მოწყობილობის მომზადებამდე ეპიტაქსიური ორმოების მდებარეობას, რაც მიუთითებს, რომ ეპიტაქსიური ორმოების დეფექტების წარმოქმნა ხრახნიან დისლოკაციებს უკავშირდება.
სტაფილოს დეფექტები
სტაფილოს დეფექტები 4H-SiC ეპიტაქსიური ფენების ხშირი ზედაპირული დეფექტია და მათი ტიპური მორფოლოგია ნაჩვენებია ნახაზ 4.5-ში. სტაფილოს დეფექტი, როგორც აღნიშნულია, წარმოიქმნება ბაზალურ სიბრტყეზე განლაგებული ფრანკონური და პრიზმული დაწყობის რღვევების გადაკვეთით, რომლებიც დაკავშირებულია საფეხურებრივი დისლოკაციებით. ასევე აღნიშნულია, რომ სტაფილოს დეფექტების წარმოქმნა დაკავშირებულია სუბსტრატში TSD-თან. ცუჩიდა ჰ.-მ და სხვებმა აღმოაჩინეს, რომ სტაფილოს დეფექტების სიმკვრივე ეპიტაქსიურ ფენაში პროპორციულია TSD-ის სიმკვრივის სუბსტრატში. ხოლო ეპიტაქსიურ ზრდამდე და მის შემდეგ ზედაპირის მორფოლოგიური სურათების შედარებით, შეიძლება დადგინდეს, რომ სტაფილოს ყველა დაკვირვებული დეფექტი შეესაბამება სუბსტრატში TSD-ს. ვუ ჰ.-მ და სხვებმა გამოიყენეს რამანის გაფანტვის ტესტის დახასიათება იმის დასადგენად, რომ სტაფილოს დეფექტები არ შეიცავდა 3C კრისტალურ ფორმას, არამედ მხოლოდ 4H-SiC პოლიტიპს.
სამკუთხა დეფექტების გავლენა MOSFET მოწყობილობის მახასიათებლებზე
სურათი 4.7 წარმოადგენს სამკუთხა დეფექტების შემცველი მოწყობილობის ხუთი მახასიათებლის სტატისტიკური განაწილების ჰისტოგრამას. ლურჯი წერტილოვანი ხაზი წარმოადგენს მოწყობილობის მახასიათებლების დეგრადაციის გამყოფ ხაზს, ხოლო წითელი წერტილოვანი ხაზი - მოწყობილობის გაუმართაობის გამყოფ ხაზს. მოწყობილობის გაუმართაობის შემთხვევაში, სამკუთხა დეფექტებს დიდი გავლენა აქვთ და გაუმართაობის მაჩვენებელი 93%-ზე მეტია. ეს ძირითადად განპირობებულია სამკუთხა დეფექტების გავლენით მოწყობილობების უკუგაჟონვის მახასიათებლებზე. სამკუთხა დეფექტების შემცველი მოწყობილობების 93%-მდე მნიშვნელოვნად გაზრდილია უკუგაჟონვა. გარდა ამისა, სამკუთხა დეფექტებს ასევე სერიოზული გავლენა აქვთ კარიბჭის გაჟონვის მახასიათებლებზე, გაუარესების მაჩვენებლით 60%. როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 4.2, ზღურბლის ძაბვის გაუარესებისა და კორპუსის დიოდის მახასიათებლების გაუარესების შემთხვევაში, სამკუთხა დეფექტების გავლენა მცირეა და გაუარესების პროპორციები შესაბამისად 26% და 33%-ია. ჩართვის წინაღობის ზრდის გამოწვევის თვალსაზრისით, სამკუთხა დეფექტების გავლენა სუსტია და გაუარესების კოეფიციენტი დაახლოებით 33%-ია.
ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების გავლენა MOSFET მოწყობილობის მახასიათებლებზე
სურათი 4.8 წარმოადგენს ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველი მოწყობილობის ხუთი მახასიათებლის სტატისტიკური განაწილების ჰისტოგრამას. ლურჯი წერტილოვანი ხაზი წარმოადგენს მოწყობილობის მახასიათებლების დეგრადაციის გამყოფ ხაზს, ხოლო წითელი წერტილოვანი ხაზი - მოწყობილობის გაუმართაობის გამყოფ ხაზს. აქედან ჩანს, რომ SiC MOSFET ნიმუშში ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველი მოწყობილობების რაოდენობა ეკვივალენტურია სამკუთხა დეფექტების შემცველი მოწყობილობების რაოდენობისა. ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების გავლენა მოწყობილობის მახასიათებლებზე განსხვავდება სამკუთხა დეფექტებისგან. მოწყობილობის გაუმართაობის თვალსაზრისით, ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველი მოწყობილობების გაუმართაობის მაჩვენებელი მხოლოდ 47%-ია. სამკუთხა დეფექტებთან შედარებით, ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების გავლენა მოწყობილობის უკუგაჟონვის მახასიათებლებსა და კარიბჭის გაჟონვის მახასიათებლებზე მნიშვნელოვნად შესუსტებულია, დეგრადაციის კოეფიციენტები შესაბამისად 53% და 38%, როგორც ეს ნაჩვენებია ცხრილ 4.3-ში. მეორეს მხრივ, ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების გავლენა ზღურბლის ძაბვის მახასიათებლებზე, კორპუსის დიოდის გამტარობის მახასიათებლებსა და ჩართვის წინააღმდეგობაზე უფრო მეტია, ვიდრე სამკუთხა დეფექტების, დეგრადაციის კოეფიციენტი 38%-ს აღწევს.
ზოგადად, ორი მორფოლოგიური დეფექტი, კერძოდ, სამკუთხედები და ეპიტაქსიური ორმოები, მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს SiC MOSFET მოწყობილობების უკმარისობასა და დამახასიათებელ დეგრადაციაზე. სამკუთხა დეფექტების არსებობა ყველაზე ფატალურია, უკმარისობის მაჩვენებლით 93%-მდე, რაც ძირითადად მოწყობილობის უკუგაჟონვის მნიშვნელოვანი ზრდით ვლინდება. ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტების შემცველ მოწყობილობებს უკმარისობის უფრო დაბალი, 47% მაჩვენებელი ჰქონდათ. თუმცა, ეპიტაქსიური ორმოს დეფექტები უფრო დიდ გავლენას ახდენს მოწყობილობის ზღურბლის ძაბვაზე, კორპუსის დიოდის გამტარობის მახასიათებლებსა და ჩართვის წინააღმდეგობაზე, ვიდრე სამკუთხა დეფექტები.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 16 აპრილი