Trikampis defektas
Trikampiai defektai yra patys pavojingiausi SiC epitaksinių sluoksnių morfologiniai defektai. Daugybė literatūros pranešimų rodo, kad trikampių defektų susidarymas yra susijęs su 3C kristaline forma. Tačiau dėl skirtingų augimo mechanizmų daugelio trikampių defektų epitaksinio sluoksnio paviršiuje morfologija yra gana skirtinga. Juos galima grubiai suskirstyti į šiuos tipus:
(1) Viršuje yra trikampių defektų su didelėmis dalelėmis
Šio tipo trikampio defektas turi didelę sferinę dalelę viršuje, kurią gali sukelti krintantys objektai augimo proceso metu. Nuo šios viršūnės žemyn galima stebėti nedidelį trikampį su šiurkščiu paviršiumi. Taip yra dėl to, kad epitaksijos proceso metu trikampio srityje iš eilės susidaro du skirtingi 3C-SiC sluoksniai, iš kurių pirmasis sluoksnis susiformuoja ties sąsaja ir auga per 4H-SiC laipsnišką srautą. Didėjant epitaksijos sluoksnio storiui, antrasis 3C politipo sluoksnis susiformuoja ir auga mažesnėmis trikampėmis įdubomis, tačiau 4H augimo etapas nevisiškai padengia 3C politipo sritį, todėl 3C-SiC V formos griovelio sritis vis dar aiškiai matoma.
(2) Viršuje yra mažų dalelių ir trikampių defektų su šiurkščiu paviršiumi
Šio tipo trikampio defekto viršūnėse esančios dalelės yra daug mažesnės, kaip parodyta 4.2 paveiksle. Didžiąją trikampio ploto dalį dengia 4H-SiC laiptuotas srautas, t. y. visas 3C-SiC sluoksnis yra visiškai įterptas po 4H-SiC sluoksniu. Trikampio defekto paviršiuje matomi tik 4H-SiC augimo etapai, tačiau šie etapai yra daug didesni nei įprastiniai 4H kristalų augimo etapai.
(3) Trikampiai defektai su lygiu paviršiumi
Šio tipo trikampiai defektai pasižymi lygiu paviršiumi, kaip parodyta 4.3 paveiksle. Tokių trikampių defektų atveju 3C-SiC sluoksnį dengia laipsniškas 4H-SiC srautas, o 4H kristalinė forma paviršiuje tampa smulkesnė ir lygesnė.
Epitaksiniai duobės defektai
Epitaksinės įdubos (Pits) yra vienas iš labiausiai paplitusių paviršiaus morfologijos defektų, o jų tipinė paviršiaus morfologija ir struktūrinis kontūras parodyti 4.4 paveiksle. Sriegimo dislokacijų (TD) korozijos duobių, pastebėtų po KOH ėsdinimo įrenginio gale, vieta aiškiai atitinka epitaksinių įdubimų vietą prieš įrenginio paruošimą, o tai rodo, kad epitaksinių įdubimų defektų susidarymas yra susijęs su sriegimo dislokacijomis.
morkų defektai
Morkų defektai yra dažnas paviršiaus defektas 4H-SiC epitaksiniuose sluoksniuose, o jų tipinė morfologija parodyta 4.5 paveiksle. Teigiama, kad morkų defektas susidaro susikertant frankoniniams ir prizminiams susikaupimo lūžiams, esantiems bazinėje plokštumoje ir sujungtiems laiptuotų dislokacijų. Taip pat pranešta, kad morkų defektų susidarymas yra susijęs su TSD substrate. Tsuchida H. ir kt. nustatė, kad morkų defektų tankis epitaksiniame sluoksnyje yra proporcingas TSD tankiui substrate. Palyginus paviršiaus morfologijos vaizdus prieš ir po epitaksinio augimo, galima nustatyti, kad visi stebėti morkų defektai atitinka TSD substrate. Wu H. ir kt. naudojo Ramano sklaidos testo apibūdinimą, kad nustatytų, jog morkų defektuose nebuvo 3C kristalinės formos, o tik 4H-SiC politipo.
Trikampių defektų įtaka MOSFET įtaiso charakteristikoms
4.7 paveiksle pateikta penkių įrenginio, turinčio trikampių defektų, charakteristikų statistinio pasiskirstymo histograma. Mėlyna punktyrinė linija žymi įrenginio charakteristikų pablogėjimą, o raudona punktyrinė linija – įrenginio gedimą. Įrenginio gedimo atveju trikampiai defektai turi didelę įtaką, o gedimų dažnis yra didesnis nei 93 %. Tai daugiausia lemia trikampių defektų įtaka įrenginių atvirkštinio nuotėkio charakteristikoms. Iki 93 % įrenginių, turinčių trikampių defektų, turi žymiai padidėjusį atvirkštinį nuotėkį. Be to, trikampiai defektai taip pat daro didelę įtaką užtūros nuotėkio charakteristikoms, o jų pablogėjimo dažnis siekia 60 %. Kaip parodyta 4.2 lentelėje, slenkstinės įtampos ir korpusinio diodo charakteristikų pablogėjimui trikampių defektų įtaka yra maža, o pablogėjimo proporcijos yra atitinkamai 26 % ir 33 %. Kalbant apie įjungimo varžos padidėjimą, trikampių defektų įtaka yra silpna, o pablogėjimo santykis yra apie 33 %.
Epitaksinių duobių defektų įtaka MOSFET įtaiso charakteristikoms
4.8 paveiksle pateikta penkių įrenginio, turinčio epitaksinius duobinius defektus, charakteristikų statistinio pasiskirstymo histograma. Mėlyna punktyrinė linija yra įrenginio charakteristikų pablogėjimo skiriamoji linija, o raudona punktyrinė linija – įrenginio gedimo skiriamoji linija. Iš to matyti, kad įrenginių, turinčių epitaksinius duobinius defektus, skaičius SiC MOSFET pavyzdyje yra lygus įrenginių, turinčių trikampius defektus, skaičiui. Epitaksinių duobinių defektų įtaka įrenginio charakteristikoms skiriasi nuo trikampių defektų. Kalbant apie įrenginių gedimus, įrenginių, turinčių epitaksinius duobinius defektus, gedimų dažnis yra tik 47 %. Palyginti su trikampiais defektais, epitaksinių duobinių defektų įtaka įrenginio atvirkštinio nuotėkio charakteristikoms ir užtūros nuotėkio charakteristikoms yra žymiai silpnesnė, o pablogėjimo santykis yra atitinkamai 53 % ir 38 %, kaip parodyta 4.3 lentelėje. Kita vertus, epitaksinių duobinių defektų įtaka slenkstinės įtampos charakteristikoms, kūno diodo laidumo charakteristikoms ir įjungimo varžai yra didesnė nei trikampių defektų, o pablogėjimo santykis siekia 38 %.
Apskritai du morfologiniai defektai, būtent trikampiai ir epitaksiniai įdubimai, daro didelę įtaką SiC MOSFET įtaisų gedimams ir būdingam degradavimui. Trikampių defektų buvimas yra pats mirtiniausias – jų gedimų dažnis siekia net 93 %, o tai daugiausia pasireiškia kaip reikšmingas įtaiso atvirkštinio nuotėkio padidėjimas. Įrenginių, kuriuose yra epitaksinių įdubimų defektų, gedimų dažnis buvo mažesnis – 47 %. Tačiau epitaksiniai įdubimai daro didesnę įtaką įtaiso slenkstinei įtampai, diodo laidumo charakteristikoms ir įjungimo varžai nei trikampiai defektai.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 16 d.