Depektong tatsulok
Ang mga depektong tatsulok ang pinakamalalang depektong morpolohikal sa mga patong na epitaxial ng SiC. Maraming ulat sa literatura ang nagpakita na ang pagbuo ng mga depektong tatsulok ay may kaugnayan sa anyong kristal na 3C. Gayunpaman, dahil sa iba't ibang mekanismo ng paglaki, ang morpolohiya ng maraming depektong tatsulok sa ibabaw ng patong na epitaxial ay medyo magkakaiba. Maaari itong hatiin sa mga sumusunod na uri:
(1) May mga tatsulok na depekto na may malalaking partikulo sa itaas
Ang ganitong uri ng depektong tatsulok ay may malaking spherical particle sa itaas, na maaaring sanhi ng mga bumabagsak na bagay habang ito ay lumalaki. Isang maliit na tatsulok na bahagi na may magaspang na ibabaw ang makikita pababa mula sa vertex na ito. Ito ay dahil sa katotohanang sa panahon ng epitaxial process, dalawang magkaibang 3C-SiC layer ang magkakasunod na nabubuo sa tatsulok na bahagi, kung saan ang unang layer ay na-nucleate sa interface at lumalaki sa pamamagitan ng 4H-SiC step flow. Habang tumataas ang kapal ng epitaxial layer, ang pangalawang layer ng 3C polytype ay na-nucleate at lumalaki sa mas maliliit na tatsulok na hukay, ngunit ang 4H growth step ay hindi ganap na natatakpan ang 3C polytype area, kaya malinaw pa ring nakikita ang V-shaped groove area ng 3C-SiC.
(2) May maliliit na partikulo sa itaas at mga tatsulok na depekto na may magaspang na ibabaw
Ang mga partikulo sa mga vertex ng ganitong uri ng triangular defect ay mas maliit, gaya ng ipinapakita sa Figure 4.2. At ang karamihan sa triangular area ay natatakpan ng step flow ng 4H-SiC, ibig sabihin, ang buong 3C-SiC layer ay ganap na nakabaon sa ilalim ng 4H-SiC layer. Tanging ang mga growth step ng 4H-SiC ang makikita sa ibabaw ng triangular defect, ngunit ang mga hakbang na ito ay mas malaki kaysa sa mga conventional 4H crystal growth steps.
(3) Mga depektong tatsulok na may makinis na ibabaw
Ang ganitong uri ng depektong tatsulok ay may makinis na morpolohiya ng ibabaw, gaya ng ipinapakita sa Figure 4.3. Para sa mga ganitong depektong tatsulok, ang patong na 3C-SiC ay natatakpan ng step flow ng 4H-SiC, at ang anyong kristal na 4H sa ibabaw ay nagiging mas pino at makinis.
Mga depekto sa hukay na epitaxial
Ang mga epitaxial pit (Pits) ay isa sa mga pinakakaraniwang depekto sa morpolohiya ng ibabaw, at ang kanilang tipikal na morpolohiya ng ibabaw at balangkas ng istruktura ay ipinapakita sa Figure 4.4. Ang lokasyon ng mga threading dislocation (TD) corrosion pit na naobserbahan pagkatapos ng KOH etching sa likod ng aparato ay may malinaw na pagkakatugma sa lokasyon ng mga epitaxial pit bago ang paghahanda ng aparato, na nagpapahiwatig na ang pagbuo ng mga depekto sa epitaxial pit ay nauugnay sa mga threading dislocation.
mga depekto sa karot
Ang mga depekto ng karot ay isang karaniwang depekto sa ibabaw sa mga 4H-SiC epitaxial layer, at ang kanilang tipikal na morpolohiya ay ipinapakita sa Figure 4.5. Ang depekto ng karot ay naiulat na nabubuo sa pamamagitan ng interseksyon ng mga Franconian at prismatic stacking fault na matatagpuan sa basal plane na konektado sa pamamagitan ng mga step-like dislocation. Naiulat din na ang pagbuo ng mga depekto ng karot ay nauugnay sa TSD sa substrate. Natuklasan nina Tsuchida H. et al. na ang densidad ng mga depekto ng karot sa epitaxial layer ay proporsyonal sa densidad ng TSD sa substrate. At sa pamamagitan ng paghahambing ng mga imahe ng morpolohiya ng ibabaw bago at pagkatapos ng epitaxial growth, lahat ng naobserbahang depekto ng karot ay matutukoy na tumutugma sa TSD sa substrate. Ginamit nina Wu H. et al. ang Raman scattering test characterization upang malaman na ang mga depekto ng karot ay hindi naglalaman ng 3C crystal form, kundi ang 4H-SiC polytype lamang.
Epekto ng mga tatsulok na depekto sa mga katangian ng aparatong MOSFET
Ang Figure 4.7 ay isang histogram ng istatistikal na distribusyon ng limang katangian ng isang aparato na naglalaman ng mga depektong tatsulok. Ang asul na tuldok-tuldok na linya ay ang linyang naghahati para sa pagkasira ng katangian ng aparato, at ang pulang tuldok-tuldok na linya ay ang linyang naghahati para sa pagkabigo ng aparato. Para sa pagkabigo ng aparato, ang mga depektong tatsulok ay may malaking epekto, at ang rate ng pagkabigo ay higit sa 93%. Ito ay pangunahing maiuugnay sa impluwensya ng mga depektong tatsulok sa mga katangian ng reverse leakage ng mga aparato. Hanggang 93% ng mga aparato na naglalaman ng mga depektong tatsulok ay may makabuluhang pagtaas ng reverse leakage. Bilang karagdagan, ang mga depektong tatsulok ay mayroon ding malubhang epekto sa mga katangian ng pagtulo ng gate, na may rate ng pagkasira na 60%. Tulad ng ipinapakita sa Table 4.2, para sa pagkasira ng threshold voltage at pagkasira ng katangian ng body diode, ang epekto ng mga depektong tatsulok ay maliit, at ang mga proporsyon ng pagkasira ay 26% at 33% ayon sa pagkakabanggit. Sa mga tuntunin ng pagdudulot ng pagtaas sa on-resistance, ang epekto ng mga depektong tatsulok ay mahina, at ang ratio ng pagkasira ay humigit-kumulang 33%.
Epekto ng mga depekto sa epitaxial pit sa mga katangian ng aparatong MOSFET
Ang Figure 4.8 ay isang histogram ng statistical distribution ng limang katangian ng isang device na may epitaxial pit defects. Ang asul na tuldok-tuldok na linya ay ang naghahati na linya para sa degradasyon ng katangian ng device, at ang pulang tuldok-tuldok na linya ay ang naghahati na linya para sa pagkabigo ng device. Makikita mula rito na ang bilang ng mga device na may epitaxial pit defects sa SiC MOSFET sample ay katumbas ng bilang ng mga device na may triangular defects. Ang epekto ng epitaxial pit defects sa mga katangian ng device ay iba sa triangular defects. Sa usapin ng pagkabigo ng device, ang failure rate ng mga device na may epitaxial pit defects ay 47% lamang. Kung ikukumpara sa triangular defects, ang epekto ng epitaxial pit defects sa reverse leakage characteristics at gate leakage characteristics ng device ay lubhang humina, na may degradation ratios na 53% at 38% ayon sa pagkakabanggit, gaya ng ipinapakita sa Table 4.3. Sa kabilang banda, ang epekto ng epitaxial pit defects sa threshold voltage characteristics, body diode conduction characteristics at on-resistance ay mas malaki kaysa sa triangular defects, na may degradation ratio na umaabot sa 38%.
Sa pangkalahatan, dalawang depektong morpolohikal, katulad ng mga tatsulok at epitaxial pit, ang may malaking epekto sa pagkabigo at katangiang pagkasira ng mga SiC MOSFET device. Ang pagkakaroon ng mga tatsulok na depekto ang pinakamalubha, na may rate ng pagkabigo na umaabot sa 93%, na pangunahing ipinapakita bilang isang makabuluhang pagtaas sa reverse leakage ng device. Ang mga device na naglalaman ng mga depekto sa epitaxial pit ay may mas mababang rate ng pagkabigo na 47%. Gayunpaman, ang mga depekto sa epitaxial pit ay may mas malaking epekto sa threshold voltage ng device, mga katangian ng conduction ng body diode at on-resistance kaysa sa mga tatsulok na depekto.
Oras ng pag-post: Abril 16, 2024