Trikotna napaka
Trikotne napake so najbolj usodne morfološke napake v epitaksialnih plasteh SiC. Številna literarna poročila so pokazala, da je nastanek trikotnih napak povezan s kristalno obliko 3C. Vendar pa je zaradi različnih mehanizmov rasti morfologija mnogih trikotnih napak na površini epitaksialne plasti precej različna. V grobem jo lahko razdelimo na naslednje tipe:
(1) Prisotne so trikotne napake z velikimi delci na vrhu
Ta vrsta trikotne napake ima na vrhu velik sferični delec, ki ga lahko povzročijo padajoči predmeti med procesom rasti. Od tega vrha navzdol je mogoče opaziti majhno trikotno območje z hrapavo površino. To je posledica dejstva, da se med epitaksialnim procesom na trikotnem območju zaporedno tvorita dve različni plasti 3C-SiC, od katerih se prva plast tvori na vmesniku in raste skozi stopničasti tok 4H-SiC. Ko se debelina epitaksialne plasti povečuje, se druga plast politipa 3C tvori in raste v manjših trikotnih vdolbinah, vendar stopnja rasti 4H ne prekrije v celoti območja politipa 3C, zaradi česar je območje utora v obliki črke V 3C-SiC še vedno jasno vidno.
(2) Na vrhu so majhni delci in trikotne napake z grobo površino
Delci na ogliščih te vrste trikotne napake so veliko manjši, kot je prikazano na sliki 4.2. Večino trikotne površine prekriva stopničasti tok 4H-SiC, kar pomeni, da je celotna plast 3C-SiC v celoti vgrajena pod plast 4H-SiC. Na površini trikotne napake so vidni le rastni koraki 4H-SiC, vendar so ti koraki veliko večji od običajnih rastnih korakov kristalov 4H.
(3) Trikotne napake z gladko površino
Ta vrsta trikotne napake ima gladko površinsko morfologijo, kot je prikazano na sliki 4.3. Pri takšnih trikotnih napakah je plast 3C-SiC prekrita s stopničastim tokom 4H-SiC, kristalna oblika 4H na površini pa postaja finejša in bolj gladka.
Epitaksialne jamske napake
Epitaksialne jamice (Pits) so ena najpogostejših napak v površinski morfologiji, njihova tipična površinska morfologija in strukturni obris pa sta prikazani na sliki 4.4. Lokacija korozijskih jamic zaradi navojnih dislokacij (TD), opaženih po jedkanju s KOH na zadnji strani naprave, se jasno ujema z lokacijo epitaksialnih jamic pred pripravo naprave, kar kaže na to, da je nastanek epitaksialnih napak v jamicah povezan z navojnimi dislokacijami.
napake korenja
Napake korenja so pogosta površinska napaka v epitaksialnih plasteh 4H-SiC, njihova tipična morfologija pa je prikazana na sliki 4.5. Poroča se, da napaka korenja nastane zaradi presečišča frankonskih in prizmatičnih napak zlaganja, ki se nahajajo na bazalni ravnini, povezanih s stopničastimi dislokacijami. Poročali so tudi, da je nastanek napak korenja povezan s TSD v substratu. Tsuchida H. in sodelavci so ugotovili, da je gostota napak korenja v epitaksialni plasti sorazmerna z gostoto TSD v substratu. S primerjavo slik površinske morfologije pred in po epitaksialni rasti je mogoče ugotoviti, da vse opažene napake korenja ustrezajo TSD v substratu. Wu H. in sodelavci so s pomočjo Ramanovega testa sipanja ugotovili, da napake korenja niso vsebovale kristalne oblike 3C, temveč le politip 4H-SiC.
Vpliv trikotnih napak na značilnosti MOSFET naprav
Slika 4.7 je histogram statistične porazdelitve petih značilnosti naprave, ki vsebuje trikotne napake. Modra pikčasta črta je ločnica za degradacijo značilnosti naprave, rdeča pikčasta črta pa ločnica za odpoved naprave. Pri odpovedi naprave imajo trikotne napake velik vpliv, stopnja odpovedi pa je večja od 93 %. To je predvsem posledica vpliva trikotnih napak na karakteristike povratnega puščanja naprav. Do 93 % naprav s trikotnimi napakami ima znatno povečano povratno puščanje. Poleg tega imajo trikotne napake resen vpliv tudi na karakteristike puščanja vrat, s stopnjo degradacije 60 %. Kot je prikazano v tabeli 4.2, je vpliv trikotnih napak na degradacijo pragovne napetosti in degradacijo značilnosti telesne diode majhen, delež degradacije pa znaša 26 % oziroma 33 %. Kar zadeva povzročanje povečanja upornosti vklopa, je vpliv trikotnih napak šibek, delež degradacije pa je približno 33 %.
Vpliv epitaksialnih jamskih napak na značilnosti MOSFET naprav
Slika 4.8 je histogram statistične porazdelitve petih značilnosti naprave, ki vsebuje epitaksialne jamske napake. Modra pikčasta črta je ločnica za degradacijo značilnosti naprave, rdeča pikčasta črta pa ločnica za odpoved naprave. Iz tega je razvidno, da je število naprav z epitaksialnimi jamskimi napakami v vzorcu SiC MOSFET enakovredno številu naprav s trikotnimi napakami. Vpliv epitaksialnih jamskih napak na značilnosti naprave se razlikuje od vpliva trikotnih napak. Kar zadeva odpoved naprave, je stopnja odpovedi naprav z epitaksialnimi jamskimi napakami le 47 %. V primerjavi s trikotnimi napakami je vpliv epitaksialnih jamskih napak na karakteristike povratnega puščanja in karakteristike puščanja vrat naprave znatno oslabljen, z razmerji degradacije 53 % oziroma 38 %, kot je prikazano v tabeli 4.3. Po drugi strani pa je vpliv epitaksialnih jamskih napak na karakteristike pragovne napetosti, karakteristike prevodnosti telesne diode in upornost vklopljenega stanja večji kot pri trikotnih napakah, pri čemer razmerje degradacije doseže 38 %.
Na splošno imata dve morfološki napaki, in sicer trikotniki in epitaksialne jamice, pomemben vpliv na odpoved in degradacijo karakteristik SiC MOSFET naprav. Prisotnost trikotnih napak je najbolj usodna, saj stopnja odpovedi doseže 93 % in se kaže predvsem kot znatno povečanje povratnega uhajanja naprave. Naprave z epitaksialnimi jamicami so imele nižjo stopnjo odpovedi, in sicer 47 %. Vendar pa imajo epitaksialne jamice večji vpliv na prag napetosti naprave, prevodne karakteristike diode in upornost vklopljenega stanja kot trikotne napake.
Čas objave: 16. april 2024