MOSFET పరికర లక్షణాలపై SiC సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాల ప్రభావాలు

త్రిభుజాకార లోపం

SiC ఎపిటాక్సియల్ పొరలలో త్రిభుజాకార లోపాలు అత్యంత ప్రాణాంతకమైన రూపాత్మక లోపాలు. త్రిభుజాకార లోపాల ఏర్పాటు 3C స్ఫటిక రూపానికి సంబంధించినదని చాలా సాహిత్య నివేదికలు చూపించాయి. అయితే, విభిన్న వృద్ధి యంత్రాంగాల కారణంగా, ఎపిటాక్సియల్ పొర ఉపరితలంపై అనేక త్రిభుజాకార లోపాల స్వరూపం చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. దీనిని స్థూలంగా ఈ క్రింది రకాలుగా విభజించవచ్చు:

(1) పైభాగంలో పెద్ద కణాలతో త్రిభుజాకార లోపాలు ఉన్నాయి

ఈ రకమైన త్రిభుజాకార లోపం పైభాగంలో ఒక పెద్ద గోళాకార కణాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది పెరుగుదల ప్రక్రియ సమయంలో పడే వస్తువుల వల్ల ఏర్పడవచ్చు. ఈ శీర్షం నుండి క్రిందికి గరుకైన ఉపరితలం గల ఒక చిన్న త్రిభుజాకార ప్రాంతాన్ని గమనించవచ్చు. దీనికి కారణం ఏమిటంటే, ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ సమయంలో, త్రిభుజాకార ప్రాంతంలో రెండు వేర్వేరు 3C-SiC పొరలు వరుసగా ఏర్పడతాయి, వాటిలో మొదటి పొర ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద కేంద్రకమై 4H-SiC స్టెప్ ఫ్లో ద్వారా పెరుగుతుంది. ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం పెరిగేకొద్దీ, 3C పాలిటైప్ యొక్క రెండవ పొర చిన్న త్రిభుజాకార గుంటలలో కేంద్రకమై పెరుగుతుంది, కానీ 4H పెరుగుదల దశ 3C పాలిటైప్ ప్రాంతాన్ని పూర్తిగా కవర్ చేయదు, దీనివల్ల 3C-SiC యొక్క V-ఆకారపు గాడి ప్రాంతం ఇప్పటికీ స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.

(2) పైభాగంలో చిన్న కణాలు మరియు గరుకైన ఉపరితలంతో త్రిభుజాకార లోపాలు ఉన్నాయి

పటం 4.2లో చూపిన విధంగా, ఈ రకమైన త్రిభుజాకార లోపం యొక్క శీర్షాల వద్ద ఉన్న కణాలు చాలా చిన్నవిగా ఉంటాయి. మరియు త్రిభుజాకార ప్రాంతంలో అధిక భాగం 4H-SiC యొక్క స్టెప్ ఫ్లో ద్వారా కప్పబడి ఉంటుంది, అంటే, మొత్తం 3C-SiC పొర పూర్తిగా 4H-SiC పొర కింద పొందుపరచబడి ఉంటుంది. త్రిభుజాకార లోపం ఉపరితలంపై 4H-SiC యొక్క పెరుగుదల దశలు మాత్రమే కనిపిస్తాయి, కానీ ఈ దశలు సాంప్రదాయ 4H క్రిస్టల్ పెరుగుదల దశల కంటే చాలా పెద్దవిగా ఉంటాయి.

(3) నునుపైన ఉపరితలం కలిగిన త్రిభుజాకార లోపాలు

పటం 4.3లో చూపిన విధంగా, ఈ రకమైన త్రిభుజాకార లోపం నునుపైన ఉపరితల రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇటువంటి త్రిభుజాకార లోపాలలో, 3C-SiC పొర 4H-SiC యొక్క స్టెప్ ఫ్లో ద్వారా కప్పబడి ఉంటుంది, మరియు ఉపరితలంపై 4H స్ఫటిక రూపం మరింత సూక్ష్మంగా మరియు నునుపుగా పెరుగుతుంది.

ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాలు

ఎపిటాక్సియల్ పిట్స్ (గుంటలు) అత్యంత సాధారణ ఉపరితల స్వరూప లోపాలలో ఒకటి, మరియు వాటి విలక్షణమైన ఉపరితల స్వరూపం మరియు నిర్మాణ రూపురేఖలు పటం 4.4లో చూపబడ్డాయి. పరికరం వెనుక భాగంలో KOH ఎచింగ్ తర్వాత గమనించిన థ్రెడింగ్ డిస్లోకేషన్ (TD) తుప్పు గుంటల స్థానం, పరికరం తయారీకి ముందు ఉన్న ఎపిటాక్సియల్ పిట్స్ స్థానంతో స్పష్టంగా సరిపోలుతోంది. ఇది ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాల ఏర్పాటు థ్రెడింగ్ డిస్లోకేషన్లకు సంబంధించినదని సూచిస్తుంది.

క్యారెట్ లోపాలు

4H-SiC ఎపిటాక్సియల్ పొరలలో క్యారెట్ లోపాలు ఒక సాధారణ ఉపరితల లోపం, మరియు వాటి విలక్షణమైన స్వరూపం పటం 4.5లో చూపబడింది. బేసల్ ప్లేన్‌పై ఉన్న ఫ్రాంకోనియన్ మరియు ప్రిస్మాటిక్ స్టాకింగ్ ఫాల్ట్‌లు, స్టెప్-వంటి డిస్‌లొకేషన్‌ల ద్వారా ఒకదానికొకటి ఖండించుకోవడం వల్ల క్యారెట్ లోపం ఏర్పడుతుందని నివేదించబడింది. క్యారెట్ లోపాల ఏర్పాటు సబ్‌స్ట్రేట్‌లోని TSDకి సంబంధించినదని కూడా నివేదించబడింది. సుచిడా హెచ్. మరియు ఇతరులు, ఎపిటాక్సియల్ పొరలోని క్యారెట్ లోపాల సాంద్రత సబ్‌స్ట్రేట్‌లోని TSD సాంద్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని కనుగొన్నారు. మరియు ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదలకు ముందు మరియు తర్వాత ఉపరితల స్వరూప చిత్రాలను పోల్చడం ద్వారా, గమనించిన అన్ని క్యారెట్ లోపాలు సబ్‌స్ట్రేట్‌లోని TSDకి అనుగుణంగా ఉన్నాయని కనుగొనవచ్చు. వు హెచ్. మరియు ఇతరులు రామన్ స్కాటరింగ్ పరీక్ష లక్షణీకరణను ఉపయోగించి, క్యారెట్ లోపాలు 3C క్రిస్టల్ రూపాన్ని కలిగి లేవని, కేవలం 4H-SiC పాలిటైప్‌ను మాత్రమే కలిగి ఉన్నాయని కనుగొన్నారు.

MOSFET పరికర లక్షణాలపై త్రిభుజాకార లోపాల ప్రభావం

పటం 4.7 అనేది త్రిభుజాకార లోపాలున్న ఒక పరికరం యొక్క ఐదు లక్షణాల గణాంక పంపిణీ యొక్క హిస్టోగ్రామ్. నీలి రంగు చుక్కల గీత పరికర లక్షణాల క్షీణతకు విభజన రేఖ, మరియు ఎరుపు రంగు చుక్కల గీత పరికర వైఫల్యానికి విభజన రేఖ. పరికర వైఫల్యం విషయంలో, త్రిభుజాకార లోపాలు గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతాయి, మరియు వైఫల్య రేటు 93% కంటే ఎక్కువగా ఉంది. దీనికి ప్రధాన కారణం, పరికరాల రివర్స్ లీకేజ్ లక్షణాలపై త్రిభుజాకార లోపాల ప్రభావమే. త్రిభుజాకార లోపాలున్న పరికరాలలో 93% వరకు రివర్స్ లీకేజ్ గణనీయంగా పెరిగింది. అదనంగా, త్రిభుజాకార లోపాలు గేట్ లీకేజ్ లక్షణాలపై కూడా తీవ్రమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి, దీని క్షీణత రేటు 60%. పట్టిక 4.2లో చూపిన విధంగా, థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ క్షీణత మరియు బాడీ డయోడ్ లక్షణాల క్షీణత విషయంలో, త్రిభుజాకార లోపాల ప్రభావం తక్కువగా ఉంది, మరియు క్షీణత నిష్పత్తులు వరుసగా 26% మరియు 33%. ఆన్-రెసిస్టెన్స్‌లో పెరుగుదలను కలిగించే విషయంలో, త్రిభుజాకార లోపాల ప్రభావం బలహీనంగా ఉంది, మరియు క్షీణత నిష్పత్తి సుమారు 33%.

MOSFET పరికర లక్షణాలపై ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాల ప్రభావం

పటం 4.8 అనేది ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాలు కలిగిన ఒక పరికరం యొక్క ఐదు లక్షణాల గణాంక పంపిణీ యొక్క హిస్టోగ్రామ్. నీలి రంగు చుక్కల గీత పరికర లక్షణాల క్షీణతకు విభజన రేఖ, మరియు ఎరుపు రంగు చుక్కల గీత పరికర వైఫల్యానికి విభజన రేఖ. దీని నుండి SiC MOSFET నమూనాలో ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాలు కలిగిన పరికరాల సంఖ్య, త్రిభుజాకార లోపాలు కలిగిన పరికరాల సంఖ్యకు సమానంగా ఉందని చూడవచ్చు. పరికర లక్షణాలపై ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాల ప్రభావం, త్రిభుజాకార లోపాల ప్రభావం కంటే భిన్నంగా ఉంటుంది. పరికర వైఫల్యం పరంగా చూస్తే, ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాలు కలిగిన పరికరాల వైఫల్య రేటు కేవలం 47% మాత్రమే. త్రిభుజాకార లోపాలతో పోలిస్తే, పరికరం యొక్క రివర్స్ లీకేజ్ లక్షణాలు మరియు గేట్ లీకేజ్ లక్షణాలపై ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాల ప్రభావం గణనీయంగా బలహీనపడింది, వాటి క్షీణత నిష్పత్తులు వరుసగా 53% మరియు 38%గా ఉన్నాయి, ఇది పట్టిక 4.3లో చూపబడింది. మరోవైపు, థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ లక్షణాలు, బాడీ డయోడ్ వాహక లక్షణాలు మరియు ఆన్-రెసిస్టెన్స్‌పై ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాల ప్రభావం త్రిభుజాకార లోపాల కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, క్షీణత నిష్పత్తి 38%కి చేరుకుంటుంది.

సాధారణంగా, త్రిభుజాలు మరియు ఎపిటాక్సియల్ పిట్స్ అనే రెండు ఆకారపరమైన లోపాలు SiC MOSFET పరికరాల వైఫల్యం మరియు లక్షణాల క్షీణతపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. త్రిభుజాకార లోపాల ఉనికి అత్యంత ప్రాణాంతకమైనది, దీని వైఫల్య రేటు 93% వరకు ఉంటుంది. ఇది ప్రధానంగా పరికరం యొక్క రివర్స్ లీకేజ్‌లో గణనీయమైన పెరుగుదలగా వ్యక్తమవుతుంది. ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాలు ఉన్న పరికరాలలో వైఫల్య రేటు 47%గా తక్కువగా ఉంది. అయితే, త్రిభుజాకార లోపాల కంటే ఎపిటాక్సియల్ పిట్ లోపాలు పరికరం యొక్క థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్, బాడీ డయోడ్ వాహక లక్షణాలు మరియు ఆన్-రెసిస్టెన్స్‌పై ఎక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.