MOSFET ကိရိယာ ဝိသေသလက္ခဏာများအပေါ် SiC အောက်ခံနှင့် epitaxial ပစ္စည်းများ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုများ

တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်

SiC epitaxial အလွှာများတွင် အသေအပျောက်အများဆုံး morphological ချို့ယွင်းချက်များသည် တြိဂံပုံသဏ္ဍာန် ချို့ယွင်းချက်များဖြစ်သည်။ စာပေအစီရင်ခံစာအများအပြားက တြိဂံပုံသဏ္ဍာန် ချို့ယွင်းချက်များဖွဲ့စည်းခြင်းသည် 3C ပုံဆောင်ခဲပုံစံနှင့် ဆက်စပ်နေကြောင်း ပြသထားသည်။ သို့သော်၊ ကြီးထွားမှုယန္တရားများ မတူညီသောကြောင့် epitaxial အလွှာ၏မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ တြိဂံပုံသဏ္ဍာန် ချို့ယွင်းချက်များစွာ၏ morphology သည် အတော်လေး ကွဲပြားသည်။ ၎င်းကို အောက်ပါအမျိုးအစားများအဖြစ် အကြမ်းဖျင်းခွဲခြားနိုင်သည်-

(၁) အပေါ်ဘက်တွင် အမှုန်ကြီးများပါသည့် တြိဂံပုံ ချို့ယွင်းချက်များ ရှိသည်

ဤတြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်အမျိုးအစားတွင် အပေါ်ဘက်တွင် ကြီးမားသော ဂလိုဘယ်အမှုန်အမွှားတစ်ခုရှိပြီး ၎င်းသည် ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ပြုတ်ကျနေသော အရာဝတ္ထုများကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာနိုင်သည်။ မျက်နှာပြင်ကြမ်းတမ်းသော တြိဂံပုံဧရိယာငယ်တစ်ခုကို ဤထိပ်မှ အောက်ဘက်သို့ မြင်တွေ့နိုင်သည်။ ၎င်းသည် epitaxial လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း၊ တြိဂံဧရိယာတွင် ကွဲပြားသော 3C-SiC အလွှာနှစ်ခု ဆက်တိုက်ဖွဲ့စည်းထားသောကြောင့်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်း၏ပထမအလွှာသည် မျက်နှာပြင်တွင် နျူကလိယဖွဲ့စည်းပြီး 4H-SiC အဆင့်စီးဆင်းမှုမှတစ်ဆင့် ကြီးထွားလာခြင်းဖြစ်သည်။ epitaxial အလွှာ၏အထူတိုးလာသည်နှင့်အမျှ 3C polytype ၏ဒုတိယအလွှာသည် နျူကလိယဖွဲ့စည်းပြီး သေးငယ်သော တြိဂံတွင်းများတွင် ကြီးထွားလာသော်လည်း 4H ကြီးထွားမှုအဆင့်သည် 3C polytype ဧရိယာကို အပြည့်အဝမဖုံးအုပ်ထားသောကြောင့် 3C-SiC ၏ V-ပုံသဏ္ဍာန် groove ဧရိယာကို ရှင်းရှင်းလင်းလင်းမြင်နိုင်စေပါသည်။

(၂) အပေါ်ပိုင်းတွင် အမှုန်အမွှားငယ်များနှင့် မျက်နှာပြင်ကြမ်းတမ်းသော တြိဂံပုံ ချို့ယွင်းချက်များ ရှိသည်

ဤတြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်အမျိုးအစား၏ အထွတ်အထိပ်များရှိ အမှုန်များသည် ပုံ ၄.၂ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း အလွန်သေးငယ်ပါသည်။ ထို့အပြင် တြိဂံဧရိယာအများစုကို 4H-SiC ၏ အဆင့်ဆင့်စီးဆင်းမှုဖြင့် ဖုံးလွှမ်းထားပြီး၊ ဆိုလိုသည်မှာ 3C-SiC အလွှာတစ်ခုလုံးသည် 4H-SiC အလွှာအောက်တွင် အပြည့်အဝ နစ်မြုပ်နေပါသည်။ 4H-SiC ၏ ကြီးထွားမှုအဆင့်များကိုသာ တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်မျက်နှာပြင်တွင် မြင်နိုင်သော်လည်း ဤအဆင့်များသည် ရိုးရာ 4H ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှုအဆင့်များထက် များစွာပိုကြီးပါသည်။

(၃) မျက်နှာပြင်ချောမွေ့သော တြိဂံပုံ ချို့ယွင်းချက်များ

ဤတြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်အမျိုးအစားသည် ပုံ ၄.၃ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ချောမွေ့သောမျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဌာန်ရှိသည်။ ထိုကဲ့သို့သော တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များအတွက် 3C-SiC အလွှာကို 4H-SiC ၏ အဆင့်ဆင့်စီးဆင်းမှုဖြင့် ဖုံးအုပ်ထားပြီး မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ 4H ပုံဆောင်ခဲပုံသဏ္ဍာန်သည် ပိုမိုနူးညံ့ချောမွေ့လာသည်။

Epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များ

Epitaxial pits (Pits) များသည် အဖြစ်အများဆုံး မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဌာန် ချို့ယွင်းချက်များထဲမှ တစ်ခုဖြစ်ပြီး ၎င်းတို့၏ ပုံမှန် မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဌာန်နှင့် ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ကောက်ကြောင်းများကို ပုံ ၄.၄ တွင် ပြသထားသည်။ စက်ပစ္စည်း၏ နောက်ဘက်ရှိ KOH etching ပြီးနောက် တွေ့ရှိရသော threading dislocation (TD) corrosion pits များ၏ တည်နေရာသည် စက်ပစ္စည်းပြင်ဆင်မှုမပြုမီ epitaxial pits များ၏ တည်နေရာနှင့် ရှင်းလင်းစွာ ကိုက်ညီမှုရှိပြီး epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များ ဖွဲ့စည်းခြင်းသည် threading dislocations နှင့် ဆက်စပ်နေကြောင်း ညွှန်ပြသည်။

မုန်လာဥနီ ချို့ယွင်းချက်များ

မုန်လာဥနီချို့ယွင်းချက်များသည် 4H-SiC epitaxial အလွှာများတွင် အဖြစ်များသော မျက်နှာပြင်ချို့ယွင်းချက်တစ်ခုဖြစ်ပြီး ၎င်းတို့၏ ပုံမှန် morphology ကို ပုံ ၄.၅ တွင် ပြသထားသည်။ မုန်လာဥနီချို့ယွင်းချက်ကို basal plane ပေါ်တွင်တည်ရှိသော Franconian နှင့် prismatic stacking faults များ၏ intersection မှ ဖြစ်ပေါ်လာသည်ဟု သတင်းပို့ထားသည်။ မုန်လာဥနီချို့ယွင်းချက်များဖွဲ့စည်းခြင်းသည် substrate ရှိ TSD နှင့် ဆက်စပ်နေကြောင်းလည်း သတင်းပို့ထားသည်။ Tsuchida H. နှင့်အဖွဲ့သည် epitaxial အလွှာရှိ မုန်လာဥနီချို့ယွင်းချက်များ၏ သိပ်သည်းဆသည် substrate ရှိ TSD ၏ သိပ်သည်းဆနှင့် အချိုးကျကြောင်း တွေ့ရှိခဲ့သည်။ epitaxial ကြီးထွားမှုမတိုင်မီနှင့် ပြီးနောက် မျက်နှာပြင် morphology ပုံများကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်းဖြင့် တွေ့ရှိရသည့် မုန်လာဥနီချို့ယွင်းချက်အားလုံးသည် substrate ရှိ TSD နှင့် ကိုက်ညီကြောင်း တွေ့ရှိနိုင်သည်။ Wu H. နှင့်အဖွဲ့သည် Raman scattering test characterization ကိုအသုံးပြု၍ မုန်လာဥနီချို့ယွင်းချက်များတွင် 3C crystal form မပါဝင်ဘဲ 4H-SiC polytype သာပါဝင်ကြောင်း တွေ့ရှိခဲ့သည်။

MOSFET ကိရိယာ ဝိသေသလက္ခဏာများအပေါ် တြိဂံပုံ ချို့ယွင်းချက်များ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှု

ပုံ ၄.၇ သည် တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များပါရှိသော စက်ပစ္စည်း၏ ဝိသေသလက္ခဏာငါးခု၏ စာရင်းအင်းဖြန့်ဖြူးမှု၏ ဟစ်စတိုဂရမ်ဖြစ်သည်။ အပြာရောင်အစက်ချမျဉ်းသည် စက်ပစ္စည်းဝိသေသလက္ခဏာ ယိုယွင်းမှုအတွက် ပိုင်းခြားမျဉ်းဖြစ်ပြီး အနီရောင်အစက်ချမျဉ်းသည် စက်ပစ္စည်းချို့ယွင်းမှုအတွက် ပိုင်းခြားမျဉ်းဖြစ်သည်။ စက်ပစ္စည်းချို့ယွင်းမှုအတွက် တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များသည် ကြီးမားသောသက်ရောက်မှုရှိပြီး ပျက်ကွက်မှုနှုန်းမှာ ၉၃% ထက်ပိုသည်။ ၎င်းသည် အဓိကအားဖြင့် စက်ပစ္စည်းများ၏ ပြောင်းပြန်ယိုစိမ့်မှုဝိသေသလက္ခဏာများအပေါ် တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များ၏ သြဇာလွှမ်းမိုးမှုကြောင့်ဖြစ်သည်။ တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များပါရှိသော စက်ပစ္စည်း ၉၃% အထိသည် ပြောင်းပြန်ယိုစိမ့်မှုကို သိသိသာသာတိုးမြှင့်ခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များသည် ဂိတ်ယိုစိမ့်မှုဝိသေသလက္ခဏာများကိုလည်း ပြင်းထန်စွာသက်ရောက်မှုရှိပြီး ယိုယွင်းမှုနှုန်းမှာ ၆၀% ရှိသည်။ ဇယား ၄.၂ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ threshold voltage ယိုယွင်းမှုနှင့် body diode ဝိသေသလက္ခဏာယိုယွင်းမှုအတွက်၊ တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များ၏ သက်ရောက်မှုမှာ နည်းပါးပြီး ယိုယွင်းမှုအချိုးမှာ ၂၆% နှင့် ၃၃% အသီးသီးဖြစ်သည်။ on-resistance တိုးလာစေရာတွင်၊ တြိဂံပုံချို့ယွင်းချက်များ၏ သက်ရောက်မှုမှာ အားနည်းပြီး ယိုယွင်းမှုအချိုးမှာ ၃၃% ခန့်ရှိသည်။

MOSFET ကိရိယာ ဝိသေသလက္ခဏာများအပေါ် epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှု

ပုံ ၄.၈ သည် epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များပါရှိသော ကိရိယာ၏ ဝိသေသလက္ခဏာငါးခု၏ စာရင်းအင်းဖြန့်ဖြူးမှု၏ histogram ဖြစ်သည်။ အပြာရောင်အစက်ချမျဉ်းသည် ကိရိယာဝိသေသလက္ခဏာပျက်စီးမှုအတွက် ပိုင်းခြားမျဉ်းဖြစ်ပြီး အနီရောင်အစက်ချမျဉ်းသည် ကိရိယာပျက်ကွက်မှုအတွက် ပိုင်းခြားမျဉ်းဖြစ်သည်။ SiC MOSFET နမူနာတွင် epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များပါရှိသော ကိရိယာအရေအတွက်သည် တြိဂံချို့ယွင်းချက်များပါရှိသော ကိရိယာအရေအတွက်နှင့် ညီမျှကြောင်း ဤအရာမှ မြင်နိုင်သည်။ epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များ၏ ကိရိယာဝိသေသလက္ခဏာများအပေါ် သက်ရောက်မှုသည် တြိဂံချို့ယွင်းချက်များ၏ သက်ရောက်မှုနှင့် ကွာခြားသည်။ ကိရိယာပျက်ကွက်မှုနှင့်ပတ်သက်၍ epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များပါရှိသော ကိရိယာများ၏ ပျက်ကွက်မှုနှုန်းမှာ ၄၇% သာရှိသည်။ တြိဂံချို့ယွင်းချက်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များ၏ ကိရိယာ၏ reverse leakage လက္ခဏာများနှင့် gate leakage လက္ခဏာများအပေါ် သက်ရောက်မှုသည် ဇယား ၄.၃ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း သိသိသာသာ အားနည်းသွားပြီး degradation ratios မှာ ၅၃% နှင့် ၃၈% အသီးသီးရှိသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များသည် threshold voltage လက္ခဏာများ၊ body diode conduction လက္ခဏာများနှင့် on-resistance အပေါ် သက်ရောက်မှုသည် တြိဂံချို့ယွင်းချက်များထက် ပိုမိုများပြားပြီး degradation ratio မှာ ၃၈% အထိ ရောက်ရှိသည်။

ယေဘုယျအားဖြင့်၊ တြိဂံပုံသဏ္ဍာန်ချို့ယွင်းချက်နှစ်ခုဖြစ်သည့် တြိဂံပုံသဏ္ဍာန်နှင့် epitaxial pit များသည် SiC MOSFET စက်ပစ္စည်းများ၏ ပျက်ကွက်မှုနှင့် လက္ခဏာရပ်ယိုယွင်းပျက်စီးမှုအပေါ် သိသာထင်ရှားသော သက်ရောက်မှုရှိသည်။ တြိဂံပုံသဏ္ဍာန်ချို့ယွင်းချက်များရှိနေခြင်းသည် အသက်အန္တရာယ်အရှိဆုံးဖြစ်ပြီး ပျက်ကွက်မှုနှုန်း ၉၃% အထိမြင့်မားပြီး အဓိကအားဖြင့် စက်ပစ္စည်း၏ ပြောင်းပြန်ယိုစိမ့်မှုသိသိသာသာတိုးလာခြင်းအဖြစ် ထင်ရှားသည်။ epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များပါရှိသော စက်ပစ္စည်းများသည် ပျက်ကွက်မှုနှုန်း ၄၇% နည်းပါးသည်။ သို့သော် epitaxial pit ချို့ယွင်းချက်များသည် တြိဂံပုံသဏ္ဍာန်ချို့ယွင်းချက်များထက် စက်ပစ္စည်း၏ threshold voltage၊ body diode conduction ဝိသေသလက္ခဏာများနှင့် on-resistance တို့အပေါ် ပိုမိုသက်ရောက်မှုရှိသည်။