Defect triunghiular
Defectele triunghiulare sunt cele mai fatale defecte morfologice din straturile epitaxiale de SiC. Un număr mare de rapoarte din literatura de specialitate au arătat că formarea defectelor triunghiulare este legată de forma cristalină 3C. Cu toate acestea, din cauza mecanismelor de creștere diferite, morfologia multor defecte triunghiulare de pe suprafața stratului epitaxial este destul de diferită. Acestea pot fi împărțite aproximativ în următoarele tipuri:
(1) Există defecte triunghiulare cu particule mari în partea de sus
Acest tip de defect triunghiular are o particulă sferică mare în partea superioară, care poate fi cauzată de obiecte care cad în timpul procesului de creștere. O mică zonă triunghiulară cu o suprafață rugoasă poate fi observată în jos din acest vârf. Acest lucru se datorează faptului că, în timpul procesului epitaxial, în zona triunghiulară se formează succesiv două straturi diferite de 3C-SiC, dintre care primul strat este nucleat la interfață și crește prin fluxul în trepte 4H-SiC. Pe măsură ce grosimea stratului epitaxial crește, al doilea strat de politip 3C se nucleează și crește în gropi triunghiulare mai mici, dar pasul de creștere 4H nu acoperă complet zona politipului 3C, făcând ca zona canelurii în formă de V a 3C-SiC să fie încă clar vizibilă.
(2) Există particule mici în partea de sus și defecte triunghiulare cu suprafață rugoasă
Particulele de la vârfurile acestui tip de defect triunghiular sunt mult mai mici, așa cum se arată în Figura 4.2. Și cea mai mare parte a zonei triunghiulare este acoperită de fluxul în trepte al 4H-SiC, adică întregul strat 3C-SiC este complet încorporat sub stratul 4H-SiC. Doar etapele de creștere ale 4H-SiC pot fi observate pe suprafața defectului triunghiular, dar aceste etape sunt mult mai mari decât etapele convenționale de creștere a cristalelor 4H.
(3) Defecte triunghiulare cu suprafață netedă
Acest tip de defect triunghiular are o morfologie a suprafeței netede, așa cum se arată în Figura 4.3. Pentru astfel de defecte triunghiulare, stratul 3C-SiC este acoperit de fluxul în trepte al 4H-SiC, iar forma cristalină 4H de la suprafață devine mai fină și mai netedă.
Defecte ale foselor epitaxiale
Gropițele epitaxiale (Pits) sunt unele dintre cele mai frecvente defecte de morfologie a suprafeței, iar morfologia lor tipică a suprafeței și conturul structural sunt prezentate în Figura 4.4. Locația gropițelor de coroziune prin dislocarea filetată (TD) observate după gravarea cu KOH pe spatele dispozitivului are o corespondență clară cu locația gropițelor epitaxiale înainte de pregătirea dispozitivului, indicând faptul că formarea defectelor gropițelor epitaxiale este legată de dislocațiile filetate.
defecte de morcov
Defectele de morcov sunt defect de suprafață comun în straturile epitaxiale 4H-SiC, iar morfologia lor tipică este prezentată în Figura 4.5. Se raportează că defectul de morcov este format prin intersecția faliilor de stivuire franconiene și prismatice situate pe planul bazal, conectate prin dislocații în trepte. De asemenea, s-a raportat că formarea defectelor de morcov este legată de TSD în substrat. Tsuchida H. și colab. au descoperit că densitatea defectelor de morcov în stratul epitaxial este proporțională cu densitatea TSD în substrat. Și prin compararea imaginilor morfologice de suprafață înainte și după creșterea epitaxială, se poate constata că toate defectele de morcov observate corespund TSD în substrat. Wu H. și colab. au utilizat caracterizarea prin test de împrăștiere Raman pentru a constata că defectele de morcov nu conțineau forma cristalină 3C, ci doar politipul 4H-SiC.
Efectul defectelor triunghiulare asupra caracteristicilor dispozitivului MOSFET
Figura 4.7 este o histogramă a distribuției statistice a cinci caracteristici ale unui dispozitiv care conține defecte triunghiulare. Linia punctată albastră este linia de demarcație pentru degradarea caracteristicilor dispozitivului, iar linia punctată roșie este linia de demarcație pentru defecțiunile dispozitivului. În cazul defecțiunilor dispozitivului, defectele triunghiulare au un impact mare, iar rata de defecțiune este mai mare de 93%. Acest lucru se datorează în principal influenței defectelor triunghiulare asupra caracteristicilor de scurgere inversă ale dispozitivelor. Până la 93% dintre dispozitivele care conțin defecte triunghiulare au o scurgere inversă semnificativ crescută. În plus, defectele triunghiulare au, de asemenea, un impact serios asupra caracteristicilor de scurgere a porții, cu o rată de degradare de 60%. După cum se arată în Tabelul 4.2, pentru degradarea tensiunii de prag și degradarea caracteristicilor diodei corpului, impactul defectelor triunghiulare este mic, iar proporțiile de degradare sunt de 26% și, respectiv, 33%. În ceea ce privește creșterea rezistenței la conducție, impactul defectelor triunghiulare este slab, iar raportul de degradare este de aproximativ 33%.
Efectul defectelor epitaxiale asupra caracteristicilor dispozitivului MOSFET
Figura 4.8 este o histogramă a distribuției statistice a cinci caracteristici ale unui dispozitiv care conține defecte epitaxiale. Linia punctată albastră este linia de demarcație pentru degradarea caracteristicilor dispozitivului, iar linia punctată roșie este linia de demarcație pentru defecțiunea dispozitivului. Se poate observa din aceasta că numărul de dispozitive care conțin defecte epitaxiale în eșantionul MOSFET SiC este echivalent cu numărul de dispozitive care conțin defecte triunghiulare. Impactul defectelor epitaxiale asupra caracteristicilor dispozitivului este diferit de cel al defectelor triunghiulare. În ceea ce privește defecțiunea dispozitivului, rata de defecțiune a dispozitivelor care conțin defecte epitaxiale este de numai 47%. Comparativ cu defectele triunghiulare, impactul defectelor epitaxiale asupra caracteristicilor de scurgere inversă și a caracteristicilor de scurgere a porții dispozitivului este semnificativ redus, cu rate de degradare de 53% și, respectiv, 38%, așa cum se arată în Tabelul 4.3. Pe de altă parte, impactul defectelor epitaxiale asupra caracteristicilor tensiunii de prag, caracteristicilor de conducție ale diodei corpului și rezistenței la funcționare este mai mare decât cel al defectelor triunghiulare, rata de degradare ajungând la 38%.
În general, două defecte morfologice, și anume triunghiurile și gropile epitaxiale, au un impact semnificativ asupra defecțiunii și degradării caracteristice a dispozitivelor MOSFET SiC. Existența defectelor triunghiulare este cea mai fatală, cu o rată de defecțiune de până la 93%, manifestată în principal ca o creștere semnificativă a scurgerii inverse a dispozitivului. Dispozitivele care conțin defecte cu gropi epitaxiale au avut o rată de defecțiune mai mică, de 47%. Cu toate acestea, defectele cu gropi epitaxiale au un impact mai mare asupra tensiunii de prag a dispozitivului, caracteristicilor de conducție ale diodei corpului și rezistenței la funcționare decât defectele triunghiulare.
Data publicării: 16 aprilie 2024