Wada trójkątna
Defekty trójkątne są najbardziej fatalnymi defektami morfologicznymi w warstwach epitaksjalnych SiC. Duża liczba raportów literaturowych wykazała, że powstawanie defektów trójkątnych jest związane z formą krystaliczną 3C. Jednak ze względu na różne mechanizmy wzrostu morfologia wielu defektów trójkątnych na powierzchni warstwy epitaksjalnej jest zupełnie inna. Można ją z grubsza podzielić na następujące typy:
(1) Na górze znajdują się trójkątne defekty z dużymi cząsteczkami
Ten typ trójkątnego defektu ma dużą kulistą cząstkę na górze, co może być spowodowane spadającymi przedmiotami podczas procesu wzrostu. Mały trójkątny obszar o chropowatej powierzchni można zaobserwować w dół od tego wierzchołka. Wynika to z faktu, że podczas procesu epitaksjalnego, dwie różne warstwy 3C-SiC są formowane kolejno w obszarze trójkątnym, z których pierwsza warstwa jest zarodkowana na granicy faz i rośnie przez przepływ krokowy 4H-SiC. W miarę jak grubość warstwy epitaksjalnej wzrasta, druga warstwa politypu 3C zarodkuje i rośnie w mniejszych trójkątnych dołkach, ale krok wzrostu 4H nie pokrywa całkowicie obszaru politypu 3C, przez co obszar rowka w kształcie litery V 3C-SiC jest nadal wyraźnie widoczny
(2) Na górze znajdują się małe cząstki i trójkątne defekty o chropowatej powierzchni
Cząstki na wierzchołkach tego typu trójkątnego defektu są znacznie mniejsze, jak pokazano na rysunku 4.2. A większość trójkątnego obszaru jest pokryta przepływem schodkowym 4H-SiC, to znaczy cała warstwa 3C-SiC jest całkowicie zanurzona pod warstwą 4H-SiC. Na powierzchni trójkątnego defektu widać tylko etapy wzrostu 4H-SiC, ale te etapy są znacznie większe niż konwencjonalne etapy wzrostu kryształu 4H.
(3) Wady trójkątne o gładkiej powierzchni
Ten typ trójkątnego defektu ma gładką powierzchnię, jak pokazano na rysunku 4.3. W przypadku takich trójkątnych defektów warstwa 3C-SiC jest pokrywana stopniowym przepływem 4H-SiC, a forma krystaliczna 4H na powierzchni staje się drobniejsza i gładsza.
Wady wgłębień epitaksjalnych
Wżery epitaksjalne (Pits) stanowią jeden z najczęstszych defektów morfologii powierzchni, a ich typowa morfologia powierzchni i zarys strukturalny przedstawiono na rysunku 4.4. Lokalizacja wżerów korozyjnych w postaci dyslokacji gwintowanych (TD) obserwowana po trawieniu KOH na tylnej stronie urządzenia wyraźnie odpowiada lokalizacji wżerów epitaksjalnych przed przygotowaniem urządzenia, co wskazuje, że powstawanie defektów w postaci wżerów epitaksjalnych jest związane z dyslokacjami gwintowanymi.
wady marchwi
Defekty marchwi są powszechnym defektem powierzchni w epitaksjalnych warstwach 4H-SiC, a ich typowa morfologia jest pokazana na rysunku 4.5. Donoszono, że defekt marchwi powstaje w wyniku przecięcia się frankońskich i pryzmatycznych błędów ułożenia zlokalizowanych na płaszczyźnie bazowej, połączonych schodkowymi dyslokacjami. Donoszono również, że powstawanie defektów marchwi jest związane z TSD w podłożu. Tsuchida H. i in. odkryli, że gęstość defektów marchwi w warstwie epitaksjalnej jest proporcjonalna do gęstości TSD w podłożu. Porównując obrazy morfologii powierzchni przed i po wzroście epitaksjalnym, można stwierdzić, że wszystkie zaobserwowane defekty marchwi odpowiadają TSD w podłożu. Wu H. i in. zastosowali charakterystykę testu rozpraszania Ramana, aby stwierdzić, że defekty marchwi nie zawierały formy krystalicznej 3C, ale tylko polityp 4H-SiC.
Wpływ defektów trójkątnych na charakterystykę urządzenia MOSFET
Rysunek 4.7 to histogram rozkładu statystycznego pięciu cech urządzenia zawierającego trójkątne defekty. Niebieska linia przerywana jest linią podziału dla degradacji charakterystyki urządzenia, a czerwona linia przerywana jest linią podziału dla awarii urządzenia. W przypadku awarii urządzenia, trójkątne defekty mają duży wpływ, a wskaźnik awaryjności jest większy niż 93%. Jest to przypisywane głównie wpływowi trójkątnych defektów na charakterystyki upływu wstecznego urządzeń. Do 93% urządzeń zawierających trójkątne defekty ma znacznie zwiększony odwrotny upływ. Ponadto trójkątne defekty mają również poważny wpływ na charakterystyki upływu bramki, ze wskaźnikiem degradacji wynoszącym 60%. Jak pokazano w tabeli 4.2, w przypadku degradacji napięcia progowego i degradacji charakterystyki diody korpusu, wpływ trójkątnych defektów jest niewielki, a proporcje degradacji wynoszą odpowiednio 26% i 33%. Jeśli chodzi o powodowanie wzrostu rezystancji w stanie przewodzenia, wpływ defektów trójkątnych jest niewielki, a współczynnik degradacji wynosi około 33%.
Wpływ defektów wgłębień epitaksjalnych na charakterystykę urządzenia MOSFET
Rysunek 4.8 to histogram rozkładu statystycznego pięciu cech urządzenia zawierającego defekty wgłębień epitaksjalnych. Niebieska linia przerywana jest linią podziału dla degradacji charakterystyki urządzenia, a czerwona linia przerywana jest linią podziału dla awarii urządzenia. Z tego wynika, że liczba urządzeń zawierających defekty wgłębień epitaksjalnych w próbce MOSFET SiC jest równa liczbie urządzeń zawierających defekty trójkątne. Wpływ defektów wgłębień epitaksjalnych na charakterystykę urządzenia różni się od wpływu defektów trójkątnych. Pod względem awarii urządzenia wskaźnik awaryjności urządzeń zawierających defekty wgłębień epitaksjalnych wynosi tylko 47%. W porównaniu z defektami trójkątnymi wpływ defektów wgłębień epitaksjalnych na charakterystykę odwrotnego upływu i charakterystykę upływu bramki urządzenia jest znacznie osłabiony, przy współczynnikach degradacji odpowiednio 53% i 38%, jak pokazano w tabeli 4.3. Z drugiej strony wpływ defektów wgłębień epitaksjalnych na charakterystykę napięcia progowego, charakterystykę przewodzenia diody korpusowej i rezystancję włączenia jest większy niż w przypadku defektów trójkątnych, a współczynnik degradacji sięga 38%.
Ogólnie rzecz biorąc, dwa defekty morfologiczne, mianowicie trójkąty i wżery epitaksjalne, mają znaczący wpływ na awarię i charakterystyczną degradację urządzeń SiC MOSFET. Istnienie trójkątnych defektów jest najbardziej śmiertelne, ze wskaźnikiem awaryjności sięgającym 93%, objawiającym się głównie znacznym wzrostem odwrotnego upływu urządzenia. Urządzenia zawierające epitaksjalne defekty wżerów miały niższy wskaźnik awaryjności wynoszący 47%. Jednak epitaksjalne defekty wżerów mają większy wpływ na napięcie progowe urządzenia, charakterystykę przewodzenia diody korpusu i rezystancję włączenia niż defekty trójkątne.
Czas publikacji: 16-kwi-2024