Khuyết tật hình tam giác
Các khuyết tật hình tam giác là loại khuyết tật hình thái nguy hiểm nhất trong các lớp màng mỏng SiC. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự hình thành các khuyết tật hình tam giác có liên quan đến dạng tinh thể 3C. Tuy nhiên, do cơ chế tăng trưởng khác nhau, hình thái của nhiều khuyết tật hình tam giác trên bề mặt lớp màng mỏng khá khác nhau. Có thể phân loại chúng thành các loại sau:
(1) Có khuyết tật hình tam giác với các hạt lớn ở phía trên
Loại khuyết tật hình tam giác này có một hạt hình cầu lớn ở đỉnh, có thể do các vật thể rơi vào trong quá trình phát triển gây ra. Từ đỉnh này trở xuống, có thể quan sát thấy một vùng hình tam giác nhỏ với bề mặt gồ ghề. Điều này là do trong quá trình kết tinh, hai lớp 3C-SiC khác nhau được hình thành liên tiếp trong vùng hình tam giác, trong đó lớp đầu tiên được hình thành ở giao diện và phát triển thông qua dòng chảy bước 4H-SiC. Khi độ dày của lớp kết tinh tăng lên, lớp thứ hai của dạng đa tinh thể 3C được hình thành và phát triển trong các hố hình tam giác nhỏ hơn, nhưng bước phát triển 4H không bao phủ hoàn toàn vùng đa tinh thể 3C, khiến vùng rãnh hình chữ V của 3C-SiC vẫn còn nhìn thấy rõ.
(2) Có các hạt nhỏ ở phía trên và các khuyết tật hình tam giác với bề mặt thô ráp
Các hạt tại các đỉnh của loại khuyết tật hình tam giác này nhỏ hơn nhiều, như thể hiện trong Hình 4.2. Và hầu hết diện tích hình tam giác được bao phủ bởi dòng chảy bậc thang của 4H-SiC, nghĩa là toàn bộ lớp 3C-SiC được nhúng hoàn toàn dưới lớp 4H-SiC. Chỉ có các bậc thang tăng trưởng của 4H-SiC có thể được nhìn thấy trên bề mặt khuyết tật hình tam giác, nhưng các bậc thang này lớn hơn nhiều so với các bậc thang tăng trưởng tinh thể 4H thông thường.
(3) Khuyết tật hình tam giác có bề mặt nhẵn
Loại khuyết tật hình tam giác này có hình thái bề mặt nhẵn, như thể hiện trong Hình 4.3. Đối với các khuyết tật hình tam giác như vậy, lớp 3C-SiC được bao phủ bởi dòng chảy bậc thang của 4H-SiC, và dạng tinh thể 4H trên bề mặt phát triển mịn và nhẵn hơn.
khuyết tật hố epitaxy
Các hố ăn mòn ngoại vi (Pits) là một trong những khuyết tật hình thái bề mặt phổ biến nhất, và hình thái bề mặt điển hình cũng như đường viền cấu trúc của chúng được thể hiện trong Hình 4.4. Vị trí của các hố ăn mòn do lệch đường ren (TD) quan sát được sau khi khắc KOH ở mặt sau của thiết bị có sự tương ứng rõ ràng với vị trí của các hố ăn mòn ngoại vi trước khi chế tạo thiết bị, cho thấy sự hình thành các khuyết tật hố ăn mòn ngoại vi có liên quan đến lệch đường ren.
khuyết điểm của cà rốt
Các khuyết tật hình củ cà rốt là một khuyết tật bề mặt phổ biến trong các lớp màng mỏng 4H-SiC, và hình thái điển hình của chúng được thể hiện trong Hình 4.5. Khuyết tật hình củ cà rốt được cho là hình thành do sự giao nhau của các lỗi xếp chồng Franconian và lăng trụ nằm trên mặt phẳng đáy được kết nối bởi các lệch bậc thang. Người ta cũng đã báo cáo rằng sự hình thành các khuyết tật hình củ cà rốt có liên quan đến TSD trong chất nền. Tsuchida H. và cộng sự đã phát hiện ra rằng mật độ khuyết tật hình củ cà rốt trong lớp màng mỏng tỷ lệ thuận với mật độ TSD trong chất nền. Và bằng cách so sánh các hình ảnh hình thái bề mặt trước và sau khi tăng trưởng màng mỏng, tất cả các khuyết tật hình củ cà rốt quan sát được đều tương ứng với TSD trong chất nền. Wu H. và cộng sự đã sử dụng phương pháp phân tích tán xạ Raman để tìm ra rằng các khuyết tật hình củ cà rốt không chứa dạng tinh thể 3C, mà chỉ chứa dạng đa hình 4H-SiC.
Ảnh hưởng của các khuyết tật hình tam giác đến đặc tính của thiết bị MOSFET
Hình 4.7 là biểu đồ tần suất phân bố thống kê của năm đặc tính của thiết bị chứa khuyết tật hình tam giác. Đường chấm xanh là đường phân chia cho sự suy giảm đặc tính của thiết bị, và đường chấm đỏ là đường phân chia cho sự hỏng hóc của thiết bị. Đối với sự hỏng hóc của thiết bị, khuyết tật hình tam giác có tác động lớn, và tỷ lệ hỏng hóc lớn hơn 93%. Điều này chủ yếu là do ảnh hưởng của khuyết tật hình tam giác đến đặc tính rò rỉ ngược của thiết bị. Có tới 93% thiết bị chứa khuyết tật hình tam giác có sự rò rỉ ngược tăng lên đáng kể. Ngoài ra, khuyết tật hình tam giác cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến đặc tính rò rỉ cổng, với tỷ lệ suy giảm là 60%. Như thể hiện trong Bảng 4.2, đối với sự suy giảm điện áp ngưỡng và sự suy giảm đặc tính diode thân, tác động của khuyết tật hình tam giác là nhỏ, và tỷ lệ suy giảm lần lượt là 26% và 33%. Về việc gây ra sự gia tăng điện trở bật, tác động của khuyết tật hình tam giác là yếu, và tỷ lệ suy giảm khoảng 33%.
Ảnh hưởng của các khuyết tật dạng hố trên bề mặt tiếp xúc đến đặc tính của thiết bị MOSFET.
Hình 4.8 là biểu đồ tần suất phân bố thống kê của năm đặc tính của thiết bị chứa khuyết tật hố epitaxy. Đường chấm xanh là đường phân chia cho sự suy giảm đặc tính của thiết bị, và đường chấm đỏ là đường phân chia cho sự hỏng hóc của thiết bị. Từ đó có thể thấy rằng số lượng thiết bị chứa khuyết tật hố epitaxy trong mẫu MOSFET SiC tương đương với số lượng thiết bị chứa khuyết tật hình tam giác. Tác động của khuyết tật hố epitaxy lên đặc tính của thiết bị khác với tác động của khuyết tật hình tam giác. Về mặt hỏng hóc thiết bị, tỷ lệ hỏng hóc của các thiết bị chứa khuyết tật hố epitaxy chỉ là 47%. So với khuyết tật hình tam giác, tác động của khuyết tật hố epitaxy lên đặc tính rò rỉ ngược và đặc tính rò rỉ cổng của thiết bị bị suy yếu đáng kể, với tỷ lệ suy giảm lần lượt là 53% và 38%, như thể hiện trong Bảng 4.3. Mặt khác, tác động của khuyết tật hố epitaxy lên đặc tính điện áp ngưỡng, đặc tính dẫn điện của diode thân và điện trở bật lớn hơn so với khuyết tật hình tam giác, với tỷ lệ suy giảm đạt 38%.
Nhìn chung, hai loại khuyết tật hình thái, cụ thể là các hình tam giác và các hố ăn mòn, có tác động đáng kể đến sự hỏng hóc và suy giảm đặc tính của các thiết bị MOSFET SiC. Sự tồn tại của các khuyết tật hình tam giác là nguy hiểm nhất, với tỷ lệ hỏng hóc cao tới 93%, chủ yếu biểu hiện ở sự gia tăng đáng kể dòng rò ngược của thiết bị. Các thiết bị chứa khuyết tật hố ăn mòn có tỷ lệ hỏng hóc thấp hơn, chỉ 47%. Tuy nhiên, các khuyết tật hố ăn mòn lại ảnh hưởng đến điện áp ngưỡng, đặc tính dẫn điện của diode thân và điện trở bật của thiết bị lớn hơn so với các khuyết tật hình tam giác.
Thời gian đăng bài: 16/04/2024