Trojuholníková chyba
Trojuholníkové defekty sú najzávažnejšími morfologickými defektmi v epitaxných vrstvách SiC. Veľké množstvo literárnych prác ukázalo, že tvorba trojuholníkových defektov súvisí s kryštálovou formou 3C. Avšak v dôsledku rôznych mechanizmov rastu je morfológia mnohých trojuholníkových defektov na povrchu epitaxnej vrstvy dosť odlišná. Možno ju zhruba rozdeliť na nasledujúce typy:
(1) Nachádzajú sa trojuholníkové defekty s veľkými časticami na vrchu
Tento typ trojuholníkovej chyby má na vrchu veľkú guľovitú časticu, ktorá môže byť spôsobená padajúcimi predmetmi počas procesu rastu. Z tohto vrcholu je možné smerom nadol pozorovať malú trojuholníkovú oblasť s drsným povrchom. Je to spôsobené tým, že počas epitaxného procesu sa v trojuholníkovej oblasti postupne vytvárajú dve rôzne vrstvy 3C-SiC, z ktorých prvá vrstva je nukleovaná na rozhraní a rastie prostredníctvom stupňovitého toku 4H-SiC. S rastúcou hrúbkou epitaxnej vrstvy sa druhá vrstva polytypu 3C nukleuje a rastie v menších trojuholníkových jamkách, ale rastový krok 4H úplne nepokrýva oblasť polytypu 3C, takže oblasť drážky v tvare V 3C-SiC je stále jasne viditeľná.
(2) Na vrchu sú malé častice a trojuholníkové defekty s drsným povrchom
Častice vo vrcholoch tohto typu trojuholníkového defektu sú oveľa menšie, ako je znázornené na obrázku 4.2. A väčšina trojuholníkovej plochy je pokrytá stupňovitým tokom 4H-SiC, to znamená, že celá vrstva 3C-SiC je úplne zapustená pod vrstvu 4H-SiC. Na povrchu trojuholníkového defektu je možné vidieť iba kroky rastu 4H-SiC, ale tieto kroky sú oveľa väčšie ako konvenčné kroky rastu kryštálov 4H.
(3) Trojuholníkové defekty s hladkým povrchom
Tento typ trojuholníkového defektu má hladký povrch, ako je znázornené na obrázku 4.3. Pri takýchto trojuholníkových defektoch je vrstva 3C-SiC pokrytá stupňovitým tokom 4H-SiC a kryštalická forma 4H na povrchu sa stáva jemnejšou a hladšou.
Epitaxné jamkové defekty
Epitaxné jamky (Pits) patria medzi najbežnejšie defekty povrchovej morfológie a ich typická povrchová morfológia a štrukturálny obrys sú znázornené na obrázku 4.4. Umiestnenie koróznych jamiek závitových dislokácií (TD) pozorovaných po leptaní KOH na zadnej strane zariadenia má jasnú zhodu s umiestnením epitaxných jamiek pred prípravou zariadenia, čo naznačuje, že tvorba epitaxných jamkových defektov súvisí s závitovými dislokáciami.
chyby mrkvy
Defekty mrkvy sú bežným povrchovým defektom v epitaxných vrstvách 4H-SiC a ich typická morfológia je znázornená na obrázku 4.5. Defekt mrkvy je údajne tvorený prienikom franských a prizmatických skladacích chýb nachádzajúcich sa v bazálnej rovine, ktoré sú spojené stupňovitými dislokáciami. Bolo tiež hlásené, že tvorba defektov mrkvy súvisí s hustotou rozptylu tepla (TSD) v substráte. Tsuchida H. a kol. zistili, že hustota defektov mrkvy v epitaxnej vrstve je úmerná hustote TSD v substráte. Porovnaním obrázkov morfológie povrchu pred a po epitaxnom raste možno zistiť, že všetky pozorované defekty mrkvy zodpovedajú TSD v substráte. Wu H. a kol. použili charakterizáciu Ramanovým rozptylovým testom na zistenie, že defekty mrkvy neobsahovali kryštálovú formu 3C, ale iba polytyp 4H-SiC.
Vplyv trojuholníkových defektov na charakteristiky MOSFET zariadení
Obrázok 4.7 je histogram štatistického rozdelenia piatich charakteristík zariadenia obsahujúceho trojuholníkové defekty. Modrá bodkovaná čiara predstavuje deliacu čiaru pre degradáciu charakteristík zariadenia a červená bodkovaná čiara predstavuje deliacu čiaru pre poruchu zariadenia. Pri poruche zariadenia majú trojuholníkové defekty veľký vplyv a miera poruchovosti je vyššia ako 93 %. To sa pripisuje najmä vplyvu trojuholníkových defektov na charakteristiky spätného úniku zariadení. Až 93 % zariadení obsahujúcich trojuholníkové defekty má výrazne zvýšený spätný únik. Okrem toho majú trojuholníkové defekty vážny vplyv aj na charakteristiky úniku hradla s mierou degradácie 60 %. Ako je uvedené v tabuľke 4.2, vplyv trojuholníkových defektov na degradáciu prahového napätia a degradáciu charakteristiky diódy v tele je malý a podiel degradácie je 26 % a 33 %. Pokiaľ ide o spôsobenie zvýšenia odporu v zapnutom stave, vplyv trojuholníkových defektov je slabý a pomer degradácie je približne 33 %.
Vplyv epitaxných jamkových defektov na charakteristiky MOSFET zariadení
Obrázok 4.8 je histogram štatistického rozdelenia piatich charakteristík zariadenia obsahujúceho epitaxné jamkové defekty. Modrá bodkovaná čiara predstavuje deliacu čiaru pre degradáciu charakteristík zariadenia a červená bodkovaná čiara predstavuje deliacu čiaru pre zlyhanie zariadenia. Z toho je zrejmé, že počet zariadení obsahujúcich epitaxné jamkové defekty vo vzorke SiC MOSFET je ekvivalentný počtu zariadení obsahujúcich trojuholníkové defekty. Vplyv epitaxných jamkových defektov na charakteristiky zariadenia sa líši od vplyvu trojuholníkových defektov. Pokiaľ ide o zlyhanie zariadenia, miera zlyhania zariadení obsahujúcich epitaxné jamkové defekty je iba 47 %. V porovnaní s trojuholníkovými defektmi je vplyv epitaxných jamkových defektov na charakteristiky spätného zvodu a charakteristiky zvodu hradla zariadenia výrazne oslabený, s pomermi degradácie 53 % a 38 %, ako je uvedené v tabuľke 4.3. Na druhej strane, vplyv epitaxných jamkových defektov na charakteristiky prahového napätia, charakteristiky vodivosti diódy a odpor v zapnutom stave je väčší ako vplyv trojuholníkových defektov, pričom pomer degradácie dosahuje 38 %.
Vo všeobecnosti majú dva morfologické defekty, a to trojuholníky a epitaxné jamky, významný vplyv na poruchu a degradáciu charakteristík SiC MOSFET zariadení. Existencia trojuholníkových defektov je najzávažnejšia s mierou poruchovosti až 93 %, ktorá sa prejavuje najmä ako výrazný nárast spätného úniku zariadenia. Zariadenia s epitaxnými jamkami mali nižšiu mieru poruchovosti, a to 47 %. Epitaxné jamky však majú väčší vplyv na prahové napätie zariadenia, vodivosť diódy a odpor v zapnutom stave ako trojuholníkové defekty.
Čas uverejnenia: 16. apríla 2024