Троугласти дефект
Троугласти дефекти су најфаталнији морфолошки дефекти у SiC епитаксијалним слојевима. Велики број литературе је показао да је формирање троугластих дефеката повезано са 3C кристалним обликом. Међутим, због различитих механизама раста, морфологија многих троугластих дефеката на површини епитаксијалног слоја је прилично различита. Може се грубо поделити на следеће типове:
(1) Постоје троугласти дефекти са великим честицама на врху
Ова врста троугластог дефекта има велику сферну честицу на врху, која може бити узрокована падом предмета током процеса раста. Мала троугласта област са храпавом површином може се видети надоле од овог врха. То је због чињенице да се током епитаксијалног процеса, два различита 3C-SiC слоја сукцесивно формирају у троугластој области, од којих се први слој нуклеира на граници и расте кроз степенасти ток 4H-SiC. Како се дебљина епитаксијалног слоја повећава, други слој 3C политипа нуклеира и расте у мањим троугластим удубљењима, али корак раста 4H не покрива у потпуности област 3C политипа, чинећи V-обликовано подручје 3C-SiC и даље јасно видљивим.
(2) На врху се налазе мале честице и троугласти дефекти са грубом површином
Честице на врховима ове врсте троугластог дефекта су много мање, као што је приказано на слици 4.2. И већи део троугласте површине је покривен степенастим током 4H-SiC, односно цео слој 3C-SiC је потпуно уграђен испод слоја 4H-SiC. На површини троугластог дефекта могу се видети само кораци раста 4H-SiC, али ови кораци су много већи од конвенционалних корака раста кристала 4H.
(3) Троугласти дефекти са глатком површином
Ова врста троугластог дефекта има глатку површинску морфологију, као што је приказано на слици 4.3. Код таквих троугластих дефекта, слој 3C-SiC је прекривен степенастим током 4H-SiC, а кристални облик 4H на површини постаје финији и глаткији.
Епитаксијални дефекти јама
Епитаксијалне јамице (Pits) су једни од најчешћих дефеката површинске морфологије, а њихова типична површинска морфологија и структурни обрис приказани су на слици 4.4. Локација корозивних јамица навојних дислокација (TD) примећених након нагризања KOH на полеђини уређаја има јасну кореспонденцију са локацијом епитаксијалних јамица пре припреме уређаја, што указује да је формирање епитаксијалних дефеката повезано са навојним дислокацијама.
недостаци шаргарепе
Дефекти шаргарепе су уобичајени површински дефект у 4H-SiC епитаксијалним слојевима, а њихова типична морфологија је приказана на слици 4.5. Наводи се да дефект шаргарепе настаје пресеком франконских и призматичних грешака слагања које се налазе на базалној равни повезаних степенастим дислокацијама. Такође је објављено да је формирање дефеката шаргарепе повезано са расејањем топлих пара (TSD) у подлози. Цучида Х. и др. су открили да је густина дефеката шаргарепе у епитаксијалном слоју пропорционална густини TSD у подлози. А поређењем слика површинске морфологије пре и после епитаксијалног раста, може се утврдити да сви примећени дефекти шаргарепе одговарају TSD у подлози. Ву Х. и др. су користили карактеризацију Рамановим тестом расејања да би открили да дефекти шаргарепе нису садржали кристални облик 3C, већ само 4H-SiC политип.
Утицај троугластих дефеката на карактеристике MOSFET уређаја
Слика 4.7 је хистограм статистичке расподеле пет карактеристика уређаја који садржи троугласте дефекте. Плава испрекидана линија је линија раздвајања за деградацију карактеристика уређаја, а црвена испрекидана линија је линија раздвајања за квар уређаја. Код кварова уређаја, троугласти дефекти имају велики утицај, а стопа отказа је већа од 93%. Ово се углавном приписује утицају троугластих дефеката на карактеристике обрнутог цурења уређаја. Чак 93% уређаја који садрже троугласте дефекте значајно је повећало обрнуто цурење. Поред тога, троугласти дефекти такође имају озбиљан утицај на карактеристике цурења капије, са стопом деградације од 60%. Као што је приказано у Табели 4.2, код деградације напона прага и деградације карактеристика телесне диоде, утицај троугластих дефеката је мали, а пропорције деградације су 26% и 33% респективно. Што се тиче изазивања повећања отпора у укљученом стању, утицај троугластих дефеката је слаб, а однос деградације је око 33%.
Утицај епитаксијалних дефеката на карактеристике MOSFET уређаја
Слика 4.8 је хистограм статистичке расподеле пет карактеристика уређаја који садржи епитаксијалне дефекте у јамама. Плава испрекидана линија је линија раздвајања за деградацију карактеристика уређаја, а црвена испрекидана линија је линија раздвајања за квар уређаја. Из овога се може видети да је број уређаја који садрже епитаксијалне дефекте у јамама у узорку SiC MOSFET-а еквивалентан броју уређаја који садрже троугласте дефекте. Утицај епитаксијалних дефеката у јамама на карактеристике уређаја је другачији од утицаја троугластих дефеката. Што се тиче квара уређаја, стопа отказа уређаја који садрже епитаксијалне дефекте у јамама је само 47%. У поређењу са троугластим дефектима, утицај епитаксијалних дефеката у јамама на карактеристике обрнутог цурења и карактеристике цурења капије уређаја је значајно ослабљен, са односима деградације од 53% и 38% респективно, као што је приказано у Табели 4.3. С друге стране, утицај епитаксијалних дефеката у јамама на карактеристике напона прага, карактеристике проводљивости телесне диоде и отпорност укљученог стања је већи него код троугластих дефеката, са односом деградације који достиже 38%.
Генерално, два морфолошка дефекта, наиме троуглови и епитаксијалне јаме, имају значајан утицај на квар и деградацију карактеристика SiC MOSFET уређаја. Постојање троугластих дефеката је најфаталније, са стопом кварова и до 93%, што се углавном манифестује као значајно повећање обрнутог цурења уређаја. Уређаји који садрже епитаксијалне јамичасте дефекте имали су нижу стопу кварова од 47%. Међутим, епитаксијални јамичасти дефекти имају већи утицај на праг напона уређаја, карактеристике проводљивости телесне диоде и отпорност укљученог стања него троугласти дефекти.
Време објаве: 16. април 2024.