Khuyết tật hình tam giác
Các khuyết tật hình tam giác là các khuyết tật hình thái nguy hiểm nhất trong các lớp epitaxial SiC. Một số lượng lớn các báo cáo tài liệu đã chỉ ra rằng sự hình thành các khuyết tật hình tam giác có liên quan đến dạng tinh thể 3C. Tuy nhiên, do các cơ chế phát triển khác nhau, hình thái của nhiều khuyết tật hình tam giác trên bề mặt của lớp epitaxial khá khác nhau. Có thể chia thành các loại sau:
(1) Có khuyết tật hình tam giác với các hạt lớn ở trên cùng
Loại khuyết tật hình tam giác này có một hạt hình cầu lớn ở trên cùng, có thể do các vật thể rơi xuống trong quá trình phát triển. Có thể quan sát thấy một vùng hình tam giác nhỏ có bề mặt gồ ghề ở phía dưới từ đỉnh này. Điều này là do trong quá trình epitaxial, hai lớp 3C-SiC khác nhau được hình thành liên tiếp trong vùng hình tam giác, trong đó lớp đầu tiên được hình thành nhân tại giao diện và phát triển qua dòng chảy bậc 4H-SiC. Khi độ dày của lớp epitaxial tăng lên, lớp thứ hai của polytype 3C hình thành nhân và phát triển trong các hố tam giác nhỏ hơn, nhưng bước phát triển 4H không bao phủ hoàn toàn vùng polytype 3C, khiến vùng rãnh hình chữ V của 3C-SiC vẫn có thể nhìn thấy rõ ràng
(2) Có các hạt nhỏ ở trên cùng và các khuyết tật hình tam giác có bề mặt gồ ghề
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 bên dưới lớp 4H-SiC. Chỉ có thể nhìn thấy các bước phát triển của 4H-SiC trên bề mặt khuyết tật hình tam giác, nhưng các bước này lớn hơn nhiều so với các bước phát triển 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 trở nên mịn hơn và nhẵn hơn.
Khuyết tật hố epitaxial
Rỗ epitaxial (Pits) là một trong những khuyết tật hình thái bề mặt phổ biến nhất và hình thái bề mặt điển hình cùng phác thảo cấu trúc của chúng được thể hiện trong Hình 4.4. Vị trí của các hố ăn mòn trật khớp 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 epitaxial trước khi chuẩn bị thiết bị, cho thấy sự hình thành các khuyết tật hố epitaxial có liên quan đến trật khớp ren.
khuyết tật của cà rốt
Các khuyết tật cà rốt là một khuyết tật bề mặt phổ biến trong các lớp epitaxial 4H-SiC và hình thái điển hình của chúng được thể hiện trong Hình 4.5. Khuyết tật cà rốt được báo cáo là hình thành do giao điểm của các đứt gãy xếp chồng Franconian và lăng trụ nằm trên mặt phẳng cơ sở được kết nối bằng các sai lệch dạng bậc thang. Người ta cũng báo cáo rằng sự hình thành các khuyết tật cà rốt có liên quan đến TSD trong chất nền. Tsuchida H. và cộng sự phát hiện ra rằng mật độ các khuyết tật cà rốt trong lớp epitaxial 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 phát triển epitaxial, tất cả các khuyết tật cà rốt quan sát được đều có thể được tìm thấy tương ứng với TSD trong chất nền. Wu H. và cộng sự đã sử dụng đặc tính thử nghiệm tán xạ Raman để thấy rằng các khuyết tật cà rốt không chứa dạng tinh thể 3C, mà chỉ có polytype 4H-SiC.
Ảnh hưởng của khuyết tật tam giác đến đặc tính của thiết bị MOSFET
Hình 4.7 là biểu đồ phân bố thống kê của năm đặc điểm của thiết bị chứa khuyết tật hình tam giác. Đường chấm màu xanh là đường phân chia cho sự suy giảm đặc tính của thiết bị và đường chấm màu 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 gia tăng đáng kể rò rỉ ngược. Ngoài ra, khuyết tật hình tam giác cũng có tác động nghiêm trọng đến đặc tính rò rỉ cực cổng, với tỷ lệ suy thoái là 60%. Như thể hiện trong Bảng 4.2, đối với sự suy thoái điện áp ngưỡng và sự suy thoái đặc tính của diode thân, tác động của khuyết tật hình tam giác là nhỏ và tỷ lệ suy thoái lần lượt là 26% và 33%. Về mặt gây ra sự gia tăng điện trở khi bật, tác động của khuyết tật hình tam giác là yếu và tỷ lệ suy thoái là khoảng 33%.
Ảnh hưởng của khuyết tật hố epitaxial đến đặc tính của thiết bị MOSFET
Hình 4.8 là biểu đồ phân bố thống kê của năm đặc điểm của một thiết bị chứa các khuyết tật hố epitaxial. Đường chấm màu xanh là đường phân chia cho sự suy giảm đặc tính của thiết bị và đường chấm màu đỏ là đường phân chia cho sự hỏng hóc của thiết bị. Từ đây có thể thấy rằng số lượng thiết bị chứa các khuyết tật hố epitaxial trong mẫu SiC MOSFET tương đương với số lượng thiết bị chứa các khuyết tật hình tam giác. Tác động của các khuyết tật hố epitaxial đến các đặc điểm của thiết bị khác với tác động của các khuyết tật hình tam giác. Về mặt hỏng hóc của thiết bị, tỷ lệ hỏng hóc của các thiết bị chứa các khuyết tật hố epitaxial chỉ là 47%. So với các khuyết tật hình tam giác, tác động của các khuyết tật hố epitaxial đến các đặc điểm rò rỉ ngược và các đặc điểm rò rỉ cổng của thiết bị bị yếu đi đáng kể, với tỷ lệ suy thoái lần lượt là 53% và 38%, như thể hiện trong Bảng 4.3. Mặt khác, tác động của các khuyết tật hố epitaxial đến các đặc điểm điện áp ngưỡng, đặc điểm dẫn điện của diode thân và điện trở trên lớn hơn tác động của các khuyết tật hình tam giác, với tỷ lệ suy thoái đạt 38%.
Nhìn chung, hai khuyết tật hình thái, cụ thể là hình tam giác và hố epitaxial, có tác động đáng kể đến sự hỏng hóc và suy giảm đặc tính của các thiết bị SiC MOSFET. Sự tồn tại của các khuyết tật hình tam giác là nghiêm trọng nhất, với tỷ lệ hỏng hóc cao tới 93%, chủ yếu biểu hiện ở sự gia tăng đáng kể rò rỉ ngược của thiết bị. Các thiết bị chứa các khuyết tật hố epitaxial có tỷ lệ hỏng hóc thấp hơn là 47%. Tuy nhiên, các khuyết tật hố epitaxial có tác động lớn hơn đến điện áp ngưỡng của thiết bị, đặc tính dẫn điện của diode thân và điện trở trên so với các khuyết tật hình tam giác.
Thời gian đăng: 16-04-2024