Wada trójkątna
Defekty trójkątne są najpoważniejszymi defektami morfologicznymi w warstwach epitaksjalnych SiC. Liczne doniesienia literaturowe wskazują, że powstawanie defektów trójkątnych jest związane z formą krystaliczną 3C. Jednakże, ze względu na różne mechanizmy wzrostu, morfologia wielu defektów trójkątnych na powierzchni warstwy epitaksjalnej jest zupełnie inna. Można je z grubsza podzielić na następujące typy:
(1) Na górze znajdują się trójkątne defekty z dużymi cząsteczkami
Ten typ trójkątnego defektu charakteryzuje się dużą, kulistą cząstką na szczycie, 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 w obszarze trójkątnym formują się kolejno dwie różne warstwy 3C-SiC, z których pierwsza zarodkuje na granicy faz i rośnie poprzez przepływ krokowy 4H-SiC. Wraz ze wzrostem grubości warstwy epitaksjalnej, druga warstwa politypu 3C zarodkuje i rośnie w mniejszych trójkątnych wgłębieniach, ale etap 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
Cząsteczki na wierzchołkach tego typu trójkątnego defektu są znacznie mniejsze, jak pokazano na rysunku 4.2. Większość obszaru trójkątnego jest pokryta przepływem schodkowym 4H-SiC, co oznacza, że cała warstwa 3C-SiC jest całkowicie zanurzona pod warstwą 4H-SiC. Na powierzchni trójkątnego defektu widoczne są jedynie etapy wzrostu 4H-SiC, ale etapy te są znacznie większe niż konwencjonalne etapy wzrostu kryształów 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 pokryta stopniowym przepływem 4H-SiC, a forma krystaliczna 4H na powierzchni staje się drobniejsza i gładsza.
Wady wżerów epitaksjalnych
Wżery epitaksjalne (Pits) są jednym z najczęstszych defektów morfologii powierzchni, a ich typowa morfologia powierzchni i zarys strukturalny przedstawiono na rysunku 4.4. Lokalizacja wżerów korozyjnych dyslokacji gwintowych (TD) obserwowana po trawieniu KOH na tylnej stronie urządzenia wyraźnie odpowiada lokalizacji wżerów epitaksjalnych przed przygotowaniem urządzenia, co wskazuje, że powstawanie defektów wżerów epitaksjalnych jest związane z dyslokacjami gwintowymi.
wady marchwi
Defekty marchwi są częstym defektem powierzchniowym w warstwach epitaksjalnych 4H-SiC, a ich typowa morfologia jest przedstawiona na rysunku 4.5. Donoszono, że defekt marchwi powstaje w wyniku przecięcia się frankońskich i pryzmatycznych uskoków ułożenia zlokalizowanych na płaszczyźnie bazowej, połączonych dyslokacjami schodkowymi. Donoszono również, że powstawanie defektów marchwi jest związane z TSD w podłożu. Tsuchida H. i in. stwierdzili, 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, a jedynie polityp 4H-SiC.
Wpływ defektów trójkątnych na charakterystykę urządzenia MOSFET
Rysunek 4.7 przedstawia histogram rozkładu statystycznego pięciu charakterystyk urządzenia zawierającego defekty trójkątne. Niebieska linia przerywana to linia podziału degradacji charakterystyki urządzenia, a czerwona linia przerywana to linia podziału awarii urządzenia. W przypadku awarii urządzenia defekty trójkątne mają duży wpływ, a wskaźnik awaryjności przekracza 93%. Jest to głównie spowodowane wpływem defektów trójkątnych na charakterystykę upływu zwrotnego urządzeń. Do 93% urządzeń zawierających defekty trójkątne ma znacznie zwiększony upływ zwrotny. Ponadto defekty trójkątne mają również poważny wpływ na charakterystykę upływu bramki, a wskaźnik degradacji wynosi 60%. Jak pokazano w tabeli 4.2, w przypadku degradacji napięcia progowego i degradacji charakterystyki diody korpusu, wpływ defektów trójkątnych jest niewielki, a proporcje degradacji wynoszą odpowiednio 26% i 33%. Jeśli chodzi o zwiększenie rezystancji przewodzenia, wpływ defektów trójkątnych jest niewielki, a współczynnik degradacji wynosi około 33%.
Wpływ defektów wgłębień epitaksjalnych na charakterystykę urządzenia MOSFET
Rysunek 4.8 przedstawia histogram rozkładu statystycznego pięciu charakterystyk urządzenia zawierającego defekty wgłębień epitaksjalnych. Niebieska linia przerywana to linia podziału dla degradacji charakterystyk urządzenia, a czerwona linia przerywana to linia podziału dla awarii urządzenia. Wynika z tego, że liczba urządzeń zawierających defekty wgłębień epitaksjalnych w próbce tranzystora MOSFET SiC jest równoważna liczbie urządzeń zawierających defekty trójkątne. Wpływ defektów wgłębień epitaksjalnych na charakterystykę urządzenia różni się od wpływu defektów trójkątnych. Pod względem awaryjności urządzeń, wskaźnik awaryjności urządzeń zawierających defekty wgłębień epitaksjalnych wynosi zaledwie 47%. W porównaniu z defektami trójkątnymi, wpływ defektów wgłębień epitaksjalnych na charakterystykę upływu wstecznego i charakterystykę upływu bramki urządzenia jest znacznie słabszy, ze współczynnikami 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, a mianowicie trójkąty i wżery epitaksjalne, mają istotny wpływ na awarie i degradację charakterystyczną układów MOSFET SiC. Obecność defektów trójkątnych jest najbardziej szkodliwa, ze wskaźnikiem awaryjności sięgającym 93%, objawiającym się głównie znacznym wzrostem prądu upływu zwrotnego układu. Urządzenia zawierające defekty wżerów epitaksjalnych miały niższy wskaźnik awaryjności, wynoszący 47%. Jednak defekty wżerów epitaksjalnych mają większy wpływ na napięcie progowe układu, charakterystykę przewodzenia diody w obudowie oraz rezystancję przewodzenia niż defekty trójkątne.
Czas publikacji: 16 kwietnia 2024 r.