Trīsstūrveida defekts
Trīsstūrveida defekti ir visbīstamākie morfoloģiskie defekti SiC epitaksiālajos slāņos. Liels skaits literatūras ziņojumu liecina, ka trīsstūrveida defektu veidošanās ir saistīta ar 3C kristāla formu. Tomēr dažādu augšanas mehānismu dēļ daudzu trīsstūrveida defektu morfoloģija uz epitaksiālā slāņa virsmas ir diezgan atšķirīga. Tos var aptuveni iedalīt šādos veidos:
(1) Augšpusē ir trīsstūrveida defekti ar lielām daļiņām
Šāda veida trīsstūrveida defektam augšpusē ir liela sfēriska daļiņa, ko var izraisīt krītoši objekti augšanas procesā. No šīs virsotnes lejup pavērst nelielu trīsstūrveida laukumu ar raupju virsmu. Tas ir saistīts ar faktu, ka epitaksiālā procesa laikā trīsstūrveida laukumā secīgi veidojas divi dažādi 3C-SiC slāņi, no kuriem pirmais slānis nukleējas saskarnē un aug caur 4H-SiC pakāpienu plūsmu. Palielinoties epitaksiālā slāņa biezumam, otrais 3C politipa slānis nukleējas un aug mazākās trīsstūrveida bedrēs, bet 4H augšanas solis pilnībā nenosedz 3C politipa laukumu, padarot 3C-SiC V veida rievas laukumu joprojām skaidri redzamu.
(2) Augšpusē ir mazas daļiņas un trīsstūrveida defekti ar raupju virsmu
Šāda veida trīsstūrveida defekta virsotnēs daļiņas ir daudz mazākas, kā parādīts 4.2. attēlā. Un lielāko daļu trīsstūrveida laukuma klāj 4H-SiC pakāpienveida plūsma, tas ir, viss 3C-SiC slānis ir pilnībā iestrādāts zem 4H-SiC slāņa. Uz trīsstūrveida defekta virsmas var redzēt tikai 4H-SiC augšanas pakāpienus, taču šie pakāpieni ir daudz lielāki nekā parastie 4H kristālu augšanas pakāpieni.
(3) Trīsstūrveida defekti ar gludu virsmu
Šāda veida trīsstūrveida defektam ir gluda virsmas morfoloģija, kā parādīts 4.3. attēlā. Šādu trīsstūrveida defektu gadījumā 3C-SiC slāni pārklāj 4H-SiC pakāpeniskā plūsma, un 4H kristāla forma uz virsmas kļūst smalkāka un gludāka.
Epitaksiālie bedru defekti
Epitaksiālās bedres (Pits) ir viens no visbiežāk sastopamajiem virsmas morfoloģijas defektiem, un to tipiskā virsmas morfoloģija un strukturālā kontūra ir parādīta 4.4. attēlā. Vītnes dislokācijas (TD) korozijas bedru atrašanās vieta, kas novērota pēc KOH kodināšanas ierīces aizmugurē, skaidri atbilst epitaksiālo bedru atrašanās vietai pirms ierīces sagatavošanas, norādot, ka epitaksiālo bedru defektu veidošanās ir saistīta ar vītnes dislokācijām.
burkānu defekti
Burkānu defekti ir bieži sastopams virsmas defekts 4H-SiC epitaksiālajos slāņos, un to tipiskā morfoloģija ir parādīta 4.5. attēlā. Ir ziņots, ka burkānu defekts veidojas, krustojoties Frankonijas un prizmatiskiem kraušanas lūzumiem, kas atrodas uz bazālās plaknes un ir savienoti ar pakāpienveida dislokācijām. Ir arī ziņots, ka burkānu defektu veidošanās ir saistīta ar trieciena starojuma nodilumu substrātā. Tsuchida H. et al. atklāja, ka burkānu defektu blīvums epitaksiālajā slānī ir proporcionāls trieciena starojuma nodiluma blīvumam substrātā. Salīdzinot virsmas morfoloģijas attēlus pirms un pēc epitaksiālās augšanas, var secināt, ka visi novērotie burkānu defekti atbilst trieciena starojumam substrātā. Vu H. et al. izmantoja Ramana izkliedes testa raksturojumu, lai konstatētu, ka burkānu defekti nesaturēja 3C kristāla formu, bet tikai 4H-SiC politipu.
Trīsstūrveida defektu ietekme uz MOSFET ierīces raksturlielumiem
4.7. attēlā redzama ierīces piecu raksturlielumu statistiskā sadalījuma histogramma, kurā ir trīsstūrveida defekti. Zilā punktētā līnija ir robežlīnija ierīces raksturlielumu degradācijai, bet sarkanā punktētā līnija ir robežlīnija ierīces atteicei. Ierīces atteices gadījumā trīsstūrveida defektiem ir liela ietekme, un atteices līmenis ir lielāks par 93%. Tas galvenokārt ir saistīts ar trīsstūrveida defektu ietekmi uz ierīču reversās noplūdes raksturlielumiem. Līdz pat 93% ierīču ar trīsstūrveida defektiem ir ievērojami palielināta reversā noplūde. Turklāt trīsstūrveida defektiem ir arī nopietna ietekme uz vārtu noplūdes raksturlielumiem, un degradācijas līmenis ir 60%. Kā parādīts 4.2. tabulā, sliekšņa sprieguma degradācijas un ķermeņa diodes raksturlielumu degradācijas gadījumā trīsstūrveida defektu ietekme ir maza, un degradācijas proporcijas ir attiecīgi 26% un 33%. Runājot par ieslēgšanās pretestības palielināšanos, trīsstūrveida defektu ietekme ir vāja, un degradācijas koeficients ir aptuveni 33%.
Epitaksiālo bedru defektu ietekme uz MOSFET ierīces raksturlielumiem
4.8. attēlā redzama ierīces, kas satur epitaksiālus bedres defektus, piecu raksturlielumu statistiskā sadalījuma histogramma. Zilā punktētā līnija ir ierīces raksturlielumu degradācijas robežlīnija, bet sarkanā punktētā līnija ir ierīces atteices robežlīnija. No tā var redzēt, ka ierīču skaits SiC MOSFET paraugā, kas satur epitaksiālus bedres defektus, ir vienāds ar ierīču skaitu, kas satur trīsstūrveida defektus. Epitaksiālo bedres defektu ietekme uz ierīču raksturlielumiem atšķiras no trīsstūrveida defektu ietekmes. Runājot par ierīču atteici, ierīču, kas satur epitaksiālus bedres defektus, atteices līmenis ir tikai 47%. Salīdzinot ar trīsstūrveida defektiem, epitaksiālo bedres defektu ietekme uz ierīces reversās noplūdes raksturlielumiem un vārtu noplūdes raksturlielumiem ir ievērojami vājāka, ar degradācijas koeficientiem attiecīgi 53% un 38%, kā parādīts 4.3. tabulā. No otras puses, epitaksiālo bedres defektu ietekme uz sliekšņa sprieguma raksturlielumiem, ķermeņa diodes vadītspējas raksturlielumiem un ieslēgšanās pretestību ir lielāka nekā trīsstūrveida defektiem, degradācijas koeficientam sasniedzot 38%.
Kopumā divi morfoloģiski defekti, proti, trijstūri un epitaksiālie bedres, būtiski ietekmē SiC MOSFET ierīču atteici un raksturīgo degradāciju. Trīsstūrveida defektu esamība ir visnāvējošākā, to atteices līmenis sasniedz pat 93%, kas galvenokārt izpaužas kā ievērojams ierīces reversās noplūdes pieaugums. Ierīcēm ar epitaksiāliem bedru defektiem bija zemāks atteices līmenis - 47%. Tomēr epitaksiālie bedru defekti vairāk ietekmē ierīces sliekšņa spriegumu, ķermeņa diodes vadītspējas raksturlielumus un ieslēgšanās pretestību nekā trīsstūrveida defekti.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 16. aprīlis