MOSFET ഉപകരണ സ്വഭാവസവിശേഷതകളിൽ SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെയും എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ വസ്തുക്കളുടെയും സ്വാധീനം.

ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യം

SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളിലെ ഏറ്റവും മാരകമായ രൂപാന്തര വൈകല്യങ്ങളാണ് ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങൾ. ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുടെ രൂപീകരണം 3C ക്രിസ്റ്റൽ രൂപവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന് ധാരാളം സാഹിത്യ റിപ്പോർട്ടുകൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, വ്യത്യസ്ത വളർച്ചാ സംവിധാനങ്ങൾ കാരണം, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിലുള്ള നിരവധി ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുടെ രൂപഘടന വളരെ വ്യത്യസ്തമാണ്. ഇതിനെ ഏകദേശം ഇനിപ്പറയുന്ന തരങ്ങളായി തിരിക്കാം:

(1) മുകളിൽ വലിയ കണികകളുള്ള ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുണ്ട്.

ഈ തരത്തിലുള്ള ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യത്തിന് മുകളിൽ ഒരു വലിയ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കണികയുണ്ട്, ഇത് വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ വസ്തുക്കൾ വീഴുന്നത് മൂലമാകാം. പരുക്കൻ പ്രതലമുള്ള ഒരു ചെറിയ ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള ഭാഗം ഈ ശീർഷകത്തിൽ നിന്ന് താഴേക്ക് കാണാൻ കഴിയും. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയയിൽ, ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള പ്രദേശത്ത് തുടർച്ചയായി രണ്ട് വ്യത്യസ്ത 3C-SiC പാളികൾ രൂപം കൊള്ളുന്നു എന്നതാണ് ഇതിന് കാരണം, ഇതിൽ ആദ്യ പാളി ഇന്റർഫേസിൽ ന്യൂക്ലിയേറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുകയും 4H-SiC സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോയിലൂടെ വളരുകയും ചെയ്യുന്നു. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ കനം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, 3C പോളിടൈപ്പ് ന്യൂക്ലിയേറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെറിയ ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള കുഴികളിൽ വളരുകയും ചെയ്യുന്നു, എന്നാൽ 4H വളർച്ചാ ഘട്ടം 3C പോളിടൈപ്പ് ഏരിയയെ പൂർണ്ണമായും മൂടുന്നില്ല, ഇത് 3C-SiC യുടെ V- ആകൃതിയിലുള്ള ഗ്രൂവ് ഏരിയ ഇപ്പോഴും വ്യക്തമായി ദൃശ്യമാക്കുന്നു.

(2) മുകളിൽ ചെറിയ കണികകളും പരുക്കൻ പ്രതലമുള്ള ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുമുണ്ട്.

ഈ തരത്തിലുള്ള ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യത്തിന്റെ ശീർഷകങ്ങളിലെ കണികകൾ ചിത്രം 4.2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ വളരെ ചെറുതാണ്. കൂടാതെ ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള പ്രദേശത്തിന്റെ ഭൂരിഭാഗവും 4H-SiC യുടെ സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോയാൽ മൂടപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അതായത്, മുഴുവൻ 3C-SiC പാളിയും 4H-SiC പാളിക്ക് കീഴിൽ പൂർണ്ണമായും ഉൾച്ചേർത്തിരിക്കുന്നു. ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യ പ്രതലത്തിൽ 4H-SiC യുടെ വളർച്ചാ ഘട്ടങ്ങൾ മാത്രമേ കാണാൻ കഴിയൂ, എന്നാൽ ഈ ഘട്ടങ്ങൾ പരമ്പരാഗത 4H ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ഘട്ടങ്ങളേക്കാൾ വളരെ വലുതാണ്.

(3) മിനുസമാർന്ന പ്രതലമുള്ള ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങൾ

ചിത്രം 4.3 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഈ തരത്തിലുള്ള ത്രികോണ വൈകല്യത്തിന് സുഗമമായ പ്രതല രൂപഘടനയുണ്ട്. അത്തരം ത്രികോണ വൈകല്യങ്ങൾക്ക്, 3C-SiC പാളി 4H-SiC യുടെ സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോയാൽ മൂടപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഉപരിതലത്തിലെ 4H ക്രിസ്റ്റൽ രൂപം കൂടുതൽ സൂക്ഷ്മവും സുഗമവുമായി വളരുന്നു.

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ കുഴിയിലെ വൈകല്യങ്ങൾ

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ കുഴികൾ (പിറ്റുകൾ) ഏറ്റവും സാധാരണമായ ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങളിൽ ഒന്നാണ്, അവയുടെ സാധാരണ ഉപരിതല രൂപഘടനയും ഘടനാപരമായ രൂപരേഖയും ചിത്രം 4.4 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഉപകരണത്തിന്റെ പിൻഭാഗത്ത് KOH എച്ചിംഗിന് ശേഷം നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന ത്രെഡിംഗ് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ (TD) കോറഷൻ കുഴികളുടെ സ്ഥാനം, ഉപകരണം തയ്യാറാക്കുന്നതിന് മുമ്പുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ കുഴികളുടെ സ്ഥാനവുമായി വ്യക്തമായ പൊരുത്തമുണ്ട്, ഇത് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ കുഴി വൈകല്യങ്ങളുടെ രൂപീകരണം ത്രെഡിംഗ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ

4H-SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളിൽ കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ ഒരു സാധാരണ ഉപരിതല വൈകല്യമാണ്, അവയുടെ സാധാരണ രൂപഘടന ചിത്രം 4.5 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. സ്റ്റെപ്പ് പോലുള്ള സ്ഥാനചലനങ്ങളാൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ബേസൽ തലത്തിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഫ്രാങ്കോണിയൻ, പ്രിസ്മാറ്റിക് സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുകളുടെ വിഭജനത്തിലൂടെയാണ് കാരറ്റ് വൈകല്യം രൂപപ്പെടുന്നതെന്ന് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെടുന്നു. കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ രൂപീകരണം അടിവസ്ത്രത്തിലെ TSD യുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്നും റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയിലെ കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ സാന്ദ്രത അടിവസ്ത്രത്തിലെ TSD യുടെ സാന്ദ്രതയ്ക്ക് ആനുപാതികമാണെന്ന് സുചിദ എച്ച്. തുടങ്ങിയവർ കണ്ടെത്തി. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയ്ക്ക് മുമ്പും ശേഷവുമുള്ള ഉപരിതല രൂപഘടന ചിത്രങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, നിരീക്ഷിച്ച എല്ലാ കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങളും അടിവസ്ത്രത്തിലെ TSD യുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതായി കണ്ടെത്താൻ കഴിയും. കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങളിൽ 3C ക്രിസ്റ്റൽ ഫോം അടങ്ങിയിട്ടില്ലെന്നും 4H-SiC പോളിടൈപ്പ് മാത്രമേ അടങ്ങിയിട്ടുള്ളൂവെന്നും കണ്ടെത്താൻ വു എച്ച്. തുടങ്ങിയവർ രാമൻ സ്‌കാറ്ററിംഗ് ടെസ്റ്റ് സ്വഭാവരൂപീകരണം ഉപയോഗിച്ചു.

MOSFET ഉപകരണ സ്വഭാവസവിശേഷതകളിൽ ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുടെ പ്രഭാവം.

ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഒരു ഉപകരണത്തിന്റെ അഞ്ച് സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കൽ വിതരണത്തിന്റെ ഒരു ഹിസ്റ്റോഗ്രാം ചിത്രം 4.7 ആണ്. നീല ഡോട്ടഡ് ലൈൻ ഉപകരണ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ ഡീഗ്രഡേഷനുള്ള വിഭജന രേഖയാണ്, ചുവന്ന ഡോട്ടഡ് ലൈൻ ഉപകരണ പരാജയത്തിനുള്ള വിഭജന രേഖയാണ്. ഉപകരണ പരാജയത്തിന്, ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങൾക്ക് വലിയ സ്വാധീനമുണ്ട്, കൂടാതെ പരാജയ നിരക്ക് 93% ൽ കൂടുതലാണ്. ഉപകരണങ്ങളുടെ റിവേഴ്സ് ലീക്കേജ് സ്വഭാവസവിശേഷതകളിൽ ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുടെ സ്വാധീനമാണ് ഇതിന് പ്രധാനമായും കാരണം. ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങളിൽ 93% വരെ റിവേഴ്സ് ലീക്കേജ് ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ, ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളും ഗേറ്റ് ലീക്കേജ് സ്വഭാവസവിശേഷതകളിൽ ഗുരുതരമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു, ഡീഗ്രഡേഷൻ നിരക്ക് 60% ആണ്. പട്ടിക 4.2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ത്രെഷോൾഡ് വോൾട്ടേജ് ഡീഗ്രഡേഷനും ബോഡി ഡയോഡ് സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ ഡീഗ്രഡേഷനും, ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുടെ ആഘാതം ചെറുതാണ്, ഡീഗ്രഡേഷൻ അനുപാതങ്ങൾ യഥാക്രമം 26% ഉം 33% ഉം ആണ്. ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസിൽ വർദ്ധനവ് ഉണ്ടാക്കുന്ന കാര്യത്തിൽ, ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുടെ ആഘാതം ദുർബലമാണ്, ഡീഗ്രഡേഷൻ അനുപാതം ഏകദേശം 33% ആണ്.

MOSFET ഉപകരണ സവിശേഷതകളിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ പ്രഭാവം.

ചിത്രം 4.8 എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഒരു ഉപകരണത്തിന്റെ അഞ്ച് സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കൽ വിതരണത്തിന്റെ ഒരു ഹിസ്റ്റോഗ്രാമാണ്. നീല ഡോട്ടഡ് ലൈൻ ഉപകരണ സ്വഭാവ ഡീഗ്രഡേഷനുള്ള വിഭജന രേഖയാണ്, ചുവന്ന ഡോട്ടഡ് ലൈൻ ഉപകരണ പരാജയത്തിനുള്ള വിഭജന രേഖയാണ്. ഇതിൽ നിന്ന് SiC MOSFET സാമ്പിളിലെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങളുടെ എണ്ണം ത്രികോണ വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങളുടെ എണ്ണത്തിന് തുല്യമാണെന്ന് കാണാൻ കഴിയും. ഉപകരണ സവിശേഷതകളിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ സ്വാധീനം ത്രികോണ വൈകല്യങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ്. ഉപകരണ പരാജയത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങളുടെ പരാജയ നിരക്ക് 47% മാത്രമാണ്. ത്രികോണ വൈകല്യങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഉപകരണത്തിന്റെ റിവേഴ്സ് ലീക്കേജ് സ്വഭാവസവിശേഷതകളിലും ഗേറ്റ് ലീക്കേജ് സ്വഭാവസവിശേഷതകളിലും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ സ്വാധീനം ഗണ്യമായി ദുർബലമാണ്, പട്ടിക 4.3 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ യഥാക്രമം 53% ഉം 38% ഉം ഡീഗ്രഡേഷൻ അനുപാതങ്ങൾ. മറുവശത്ത്, ത്രെഷോൾഡ് വോൾട്ടേജ് സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ, ബോഡി ഡയോഡ് കണ്ടക്ഷൻ സവിശേഷതകൾ, ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസ് എന്നിവയിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ സ്വാധീനം ത്രികോണ വൈകല്യങ്ങളേക്കാൾ കൂടുതലാണ്, ഡീഗ്രഡേഷൻ അനുപാതം 38% വരെ എത്തുന്നു.

പൊതുവേ, രണ്ട് രൂപാന്തര വൈകല്യങ്ങൾ, അതായത് ത്രികോണങ്ങൾ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റുകൾ, SiC MOSFET ഉപകരണങ്ങളുടെ പരാജയത്തിലും സ്വഭാവപരമായ അപചയത്തിലും കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളുടെ നിലനിൽപ്പ് ഏറ്റവും മാരകമാണ്, പരാജയ നിരക്ക് 93% വരെ ഉയർന്നതാണ്, പ്രധാനമായും ഉപകരണത്തിന്റെ റിവേഴ്സ് ലീക്കേജിലെ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവായി ഇത് പ്രകടമാണ്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് 47% എന്ന കുറഞ്ഞ പരാജയ നിരക്ക് മാത്രമേ ഉണ്ടായിരുന്നുള്ളൂ. എന്നിരുന്നാലും, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പിറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ ഉപകരണത്തിന്റെ ത്രെഷോൾഡ് വോൾട്ടേജ്, ബോഡി ഡയോഡ് കണ്ടക്ഷൻ സവിശേഷതകൾ, ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസ് എന്നിവയിൽ ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് കൂടുതൽ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു.