Defeito triangular
Defeitos triangulares são os defeitos morfológicos mais fatais em camadas epitaxiais de SiC. Um grande número de relatos da literatura demonstrou que a formação de defeitos triangulares está relacionada à forma cristalina 3C. No entanto, devido a diferentes mecanismos de crescimento, a morfologia de muitos defeitos triangulares na superfície da camada epitaxial é bastante diferente. Ela pode ser dividida, grosso modo, nos seguintes tipos:
(1) Existem defeitos triangulares com partículas grandes na parte superior
Este tipo de defeito triangular apresenta uma grande partícula esférica na parte superior, que pode ser causada pela queda de objetos durante o processo de crescimento. Uma pequena área triangular com superfície rugosa pode ser observada para baixo a partir deste vértice. Isso se deve ao fato de que, durante o processo epitaxial, duas camadas diferentes de 3C-SiC são formadas sucessivamente na área triangular, das quais a primeira camada é nucleada na interface e cresce através do fluxo em etapas de 4H-SiC. À medida que a espessura da camada epitaxial aumenta, a segunda camada de politipo 3C nuclea e cresce em cavidades triangulares menores, mas a etapa de crescimento 4H não cobre completamente a área de politipo 3C, tornando a área do sulco em forma de V de 3C-SiC ainda claramente visível.
(2) Existem pequenas partículas na parte superior e defeitos triangulares com superfície rugosa
As partículas nos vértices desse tipo de defeito triangular são muito menores, como mostrado na Figura 4.2. E a maior parte da área triangular é coberta pelo fluxo em etapas do 4H-SiC, ou seja, toda a camada de 3C-SiC está completamente embutida sob a camada de 4H-SiC. Apenas as etapas de crescimento do 4H-SiC podem ser vistas na superfície do defeito triangular, mas essas etapas são muito maiores do que as etapas convencionais de crescimento de cristais de 4H.
(3) Defeitos triangulares com superfície lisa
Este tipo de defeito triangular apresenta uma morfologia de superfície lisa, como mostrado na Figura 4.3. Nesses defeitos triangulares, a camada de 3C-SiC é coberta pelo fluxo em etapas de 4H-SiC, e a forma cristalina de 4H na superfície torna-se mais fina e lisa.
Defeitos de fosseta epitaxial
Pontuações epitaxiais (Pits) são um dos defeitos morfológicos superficiais mais comuns, e sua morfologia superficial típica e contorno estrutural são mostrados na Figura 4.4. A localização das pontuações de corrosão por discordância de rosca (DT) observadas após a corrosão por KOH na parte posterior do dispositivo tem uma clara correspondência com a localização das pontuações epitaxiais antes da preparação do dispositivo, indicando que a formação de defeitos de pontuações epitaxiais está relacionada a discordâncias de rosca.
defeitos da cenoura
Defeitos de cenoura são um defeito de superfície comum em camadas epitaxiais de 4H-SiC, e sua morfologia típica é mostrada na Figura 4.5. O defeito de cenoura é relatado como sendo formado pela interseção de falhas de empilhamento franconianas e prismáticas localizadas no plano basal conectadas por discordâncias em degrau. Também foi relatado que a formação de defeitos de cenoura está relacionada ao TSD no substrato. Tsuchida H. et al. descobriram que a densidade de defeitos de cenoura na camada epitaxial é proporcional à densidade de TSD no substrato. E comparando as imagens de morfologia de superfície antes e depois do crescimento epitaxial, todos os defeitos de cenoura observados podem ser encontrados para corresponder ao TSD no substrato. Wu H. et al. usaram a caracterização do teste de espalhamento Raman para descobrir que os defeitos de cenoura não continham a forma cristalina 3C, mas apenas o politipo 4H-SiC.
Efeito de defeitos triangulares nas características do dispositivo MOSFET
A Figura 4.7 apresenta um histograma da distribuição estatística de cinco características de um dispositivo com defeitos triangulares. A linha tracejada azul representa a linha divisória para a degradação das características do dispositivo, e a linha tracejada vermelha representa a linha divisória para a falha do dispositivo. Em caso de falha do dispositivo, os defeitos triangulares têm um grande impacto, com uma taxa de falha superior a 93%. Isso se deve principalmente à influência dos defeitos triangulares nas características de vazamento reverso dos dispositivos. Até 93% dos dispositivos com defeitos triangulares apresentam vazamento reverso significativamente aumentado. Além disso, os defeitos triangulares também têm um impacto significativo nas características de vazamento da comporta, com uma taxa de degradação de 60%. Conforme mostrado na Tabela 4.2, para a degradação da tensão de limiar e da característica do diodo de corpo, o impacto dos defeitos triangulares é pequeno, com proporções de degradação de 26% e 33%, respectivamente. Em termos de aumento da resistência de ativação, o impacto dos defeitos triangulares é fraco, com uma taxa de degradação de cerca de 33%.
Efeito de defeitos de cavidades epitaxiais nas características do dispositivo MOSFET
A Figura 4.8 é um histograma da distribuição estatística de cinco características de um dispositivo contendo defeitos de pit epitaxial. A linha pontilhada azul é a linha divisória para degradação característica do dispositivo, e a linha pontilhada vermelha é a linha divisória para falha do dispositivo. Pode-se observar a partir disso que o número de dispositivos contendo defeitos de pit epitaxial na amostra do MOSFET de SiC é equivalente ao número de dispositivos contendo defeitos triangulares. O impacto dos defeitos de pit epitaxial nas características do dispositivo é diferente daquele dos defeitos triangulares. Em termos de falha do dispositivo, a taxa de falha de dispositivos contendo defeitos de pit epitaxial é de apenas 47%. Comparado aos defeitos triangulares, o impacto dos defeitos de pit epitaxial nas características de vazamento reverso e vazamento de porta do dispositivo é significativamente enfraquecido, com taxas de degradação de 53% e 38%, respectivamente, conforme mostrado na Tabela 4.3. Por outro lado, o impacto dos defeitos de cavidade epitaxial nas características de tensão de limiar, nas características de condução do diodo do corpo e na resistência é maior do que o dos defeitos triangulares, com a taxa de degradação atingindo 38%.
Em geral, dois defeitos morfológicos, triângulos e cavidades epitaxiais, têm um impacto significativo na falha e na degradação característica de dispositivos MOSFET de SiC. A existência de defeitos triangulares é a mais fatal, com uma taxa de falha de até 93%, manifestada principalmente como um aumento significativo no vazamento reverso do dispositivo. Dispositivos com defeitos de cavidades epitaxiais apresentaram uma taxa de falha menor, de 47%. No entanto, os defeitos de cavidades epitaxiais têm um impacto maior na tensão de limiar, nas características de condução do diodo de corpo e na resistência do dispositivo do que os defeitos triangulares.
Horário da publicação: 16/04/2024