ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม
ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมเป็นข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาที่ร้ายแรงที่สุดในชั้นเอพิแทกเซียล SiC รายงานวรรณกรรมจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมมีความเกี่ยวข้องกับรูปแบบผลึก 3C อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกลไกการเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน สัณฐานวิทยาของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมจำนวนมากบนพื้นผิวของชั้นเอพิแทกเซียลจึงค่อนข้างแตกต่างกัน โดยสามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นประเภทต่อไปนี้:
(1) มีตำหนิเป็นรูปสามเหลี่ยมมีอนุภาคขนาดใหญ่ที่ด้านบน
ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมประเภทนี้มีอนุภาคทรงกลมขนาดใหญ่ที่ด้านบน ซึ่งอาจเกิดจากวัตถุที่ตกลงมาในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต สามารถสังเกตเห็นพื้นที่รูปสามเหลี่ยมขนาดเล็กที่มีพื้นผิวขรุขระจากจุดยอดนี้ลงมาได้ สาเหตุมาจากในระหว่างกระบวนการเอพิแทกเซียล ชั้น 3C-SiC ที่แตกต่างกันสองชั้นจะก่อตัวขึ้นตามลำดับในพื้นที่รูปสามเหลี่ยม โดยชั้นแรกมีนิวเคลียสที่อินเทอร์เฟซและเติบโตผ่านการไหลแบบขั้นบันไดของ 4H-SiC เมื่อความหนาของชั้นเอพิแทกเซียลเพิ่มขึ้น ชั้นที่สองของโพลีไทป์ 3C จะมีนิวเคลียสและเติบโตในหลุมรูปสามเหลี่ยมที่เล็กกว่า แต่ขั้นตอนการเจริญเติบโตของ 4H จะไม่ครอบคลุมพื้นที่โพลีไทป์ 3C ทั้งหมด ทำให้ยังคงมองเห็นพื้นที่ร่องรูปตัววีของ 3C-SiC ได้อย่างชัดเจน
(2) มีอนุภาคเล็ก ๆ ที่ด้านบนและมีตำหนิเป็นรูปสามเหลี่ยมที่มีพื้นผิวขรุขระ
อนุภาคที่จุดยอดของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมประเภทนี้มีขนาดเล็กกว่ามาก ดังที่แสดงในรูปที่ 4.2 และพื้นที่รูปสามเหลี่ยมส่วนใหญ่ถูกปกคลุมด้วยการไหลแบบขั้นบันไดของ 4H-SiC นั่นคือชั้น 3C-SiC ทั้งหมดถูกฝังอยู่ใต้ชั้น 4H-SiC อย่างสมบูรณ์ สามารถมองเห็นได้เฉพาะขั้นตอนการเติบโตของ 4H-SiC บนพื้นผิวข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม แต่ขั้นตอนเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าขั้นตอนการเติบโตของผลึก 4H ทั่วไปมาก
(3) ตำหนิรูปสามเหลี่ยมมีพื้นผิวเรียบ
ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมประเภทนี้มีรูปร่างพื้นผิวเรียบดังที่แสดงในรูปที่ 4.3 สำหรับข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมดังกล่าว ชั้น 3C-SiC จะถูกปกคลุมด้วยการไหลแบบขั้นบันไดของ 4H-SiC และรูปแบบผลึก 4H บนพื้นผิวจะละเอียดและเรียบยิ่งขึ้น
ข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียล
หลุมเอพิแทกเซียล (หลุม) เป็นข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่พบบ่อยที่สุด โดยรูปร่างและโครงร่างโครงสร้างพื้นผิวทั่วไปของหลุมเอพิแทกเซียลแสดงอยู่ในรูปที่ 4.4 ตำแหน่งของหลุมกัดกร่อนแบบเกลียวหลุด (TD) ที่สังเกตได้หลังการกัดด้วย KOH ที่ด้านหลังของอุปกรณ์มีความสอดคล้องอย่างชัดเจนกับตำแหน่งของหลุมเอพิแทกเซียลก่อนการเตรียมอุปกรณ์ ซึ่งบ่งชี้ว่าการเกิดข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียลมีความเกี่ยวข้องกับการหลุดของเกลียวหลุด
ข้อบกพร่องของแครอท
ข้อบกพร่องของแครอทเป็นข้อบกพร่องบนพื้นผิวทั่วไปในชั้นเอพิแทกเซียล 4H-SiC และสัณฐานวิทยาทั่วไปของข้อบกพร่องเหล่านี้แสดงอยู่ในรูปที่ 4.5 ข้อบกพร่องของแครอทมีรายงานว่าเกิดจากจุดตัดระหว่างความผิดพลาดในการเรียงซ้อนแบบฟรานโคเนียนและปริซึมที่อยู่บนระนาบฐานที่เชื่อมต่อกันด้วยการเคลื่อนตัวแบบขั้นบันได นอกจากนี้ยังมีรายงานด้วยว่าการก่อตัวของข้อบกพร่องของแครอทเกี่ยวข้องกับ TSD ในพื้นผิว Tsuchida H. และคณะพบว่าความหนาแน่นของข้อบกพร่องของแครอทในชั้นเอพิแทกเซียลเป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของ TSD ในพื้นผิว และเมื่อเปรียบเทียบภาพสัณฐานวิทยาของพื้นผิวก่อนและหลังการเจริญเติบโตของเอพิแทกเซียล ข้อบกพร่องของแครอทที่สังเกตพบทั้งหมดจะสอดคล้องกับ TSD ในพื้นผิว Wu H. และคณะใช้การทดสอบการกระเจิงแบบรามานเพื่อค้นหาว่าข้อบกพร่องของแครอทไม่ได้มีรูปแบบผลึก 3C แต่มีเฉพาะโพลีไทป์ 4H-SiC เท่านั้น
ผลกระทบของข้อบกพร่องสามเหลี่ยมต่อคุณลักษณะของอุปกรณ์ MOSFET
รูปที่ 4.7 เป็นฮิสโทแกรมของการกระจายทางสถิติของลักษณะห้าประการของอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องแบบสามเหลี่ยม เส้นประสีน้ำเงินเป็นเส้นแบ่งสำหรับความเสื่อมโทรมของลักษณะอุปกรณ์ และเส้นประสีแดงเป็นเส้นแบ่งสำหรับความล้มเหลวของอุปกรณ์ สำหรับความล้มเหลวของอุปกรณ์ ข้อบกพร่องแบบสามเหลี่ยมมีผลกระทบอย่างมาก และอัตราความล้มเหลวสูงกว่า 93% สิ่งนี้ส่วนใหญ่มาจากอิทธิพลของข้อบกพร่องแบบสามเหลี่ยมต่อลักษณะการรั่วไหลย้อนกลับของอุปกรณ์ อุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องแบบสามเหลี่ยมสูงถึง 93% มีการรั่วไหลย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ข้อบกพร่องแบบสามเหลี่ยมยังส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อลักษณะการรั่วไหลของเกต โดยมีอัตราการสลายตัว 60% ตามที่แสดงในตาราง 4.2 สำหรับความเสื่อมของแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์และความเสื่อมโทรมของลักษณะไดโอดของตัวเครื่อง ผลกระทบของข้อบกพร่องแบบสามเหลี่ยมนั้นเล็กน้อย และสัดส่วนความเสื่อมโทรมอยู่ที่ 26% และ 33% ตามลำดับ ในแง่ของการทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น ผลกระทบของข้อบกพร่องแบบสามเหลี่ยมนั้นอ่อนแอ และอัตราการเสื่อมสภาพอยู่ที่ประมาณ 33%
ผลกระทบของข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียลต่อคุณลักษณะของอุปกรณ์ MOSFET
รูปที่ 4.8 เป็นฮิสโทแกรมของการกระจายทางสถิติของลักษณะห้าประการของอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียล เส้นประสีน้ำเงินเป็นเส้นแบ่งสำหรับความเสื่อมโทรมของลักษณะอุปกรณ์ และเส้นประสีแดงเป็นเส้นแบ่งสำหรับความล้มเหลวของอุปกรณ์ จากนี้จะเห็นได้ว่าจำนวนอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียลในตัวอย่าง SiC MOSFET นั้นเทียบเท่ากับจำนวนอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม ผลกระทบของข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียลต่อลักษณะของอุปกรณ์นั้นแตกต่างจากข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม ในแง่ของความล้มเหลวของอุปกรณ์ อัตราความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียลอยู่ที่เพียง 47% เมื่อเปรียบเทียบกับข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม ผลกระทบของข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียลต่อลักษณะการรั่วไหลย้อนกลับและลักษณะการรั่วไหลของเกตของอุปกรณ์นั้นลดลงอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีอัตราส่วนการเสื่อมสภาพอยู่ที่ 53% และ 38% ตามลำดับ ดังที่แสดงในตาราง 4.3 ในทางกลับกัน ผลกระทบของข้อบกพร่องของหลุมเอพิแทกเซียลต่อลักษณะแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ ลักษณะการนำไฟฟ้าของไดโอดตัวถัง และความต้านทานการเปิดจะมากกว่าผลกระทบของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม โดยอัตราส่วนการเสื่อมสภาพจะสูงถึง 38%
โดยทั่วไป ข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาสองประการ ได้แก่ รูปสามเหลี่ยมและหลุมเอพิแทกเซียล มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความล้มเหลวและการเสื่อมสภาพตามลักษณะของอุปกรณ์ SiC MOSFET ข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมถือเป็นสิ่งที่ร้ายแรงที่สุด โดยมีอัตราความล้มเหลวสูงถึง 93% ซึ่งส่วนใหญ่แสดงออกมาในรูปของการรั่วไหลย้อนกลับที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของอุปกรณ์ อุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องหลุมเอพิแทกเซียลมีอัตราความล้มเหลวที่ต่ำกว่าที่ 47% อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องหลุมเอพิแทกเซียลมีผลกระทบต่อแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของอุปกรณ์ ลักษณะการนำไฟฟ้าของไดโอดของตัวเครื่อง และความต้านทานการเปิดมากกว่าข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยม
เวลาโพสต์ : 16 เม.ย. 2567