A PAM-XIAMEN pode fornecer wafers epitaxiais de SiC para dispositivos MOSFET, informações adicionais, leia:https://www.powerwaywafer.com/sic-mosfet-estrutura.html. O processo epitaxial do SiC forma inevitavelmente vários defeitos, que afetam o desempenho e a confiabilidade dos dispositivos de energia do SiC. Abaixo, exploramos especificamente o impacto dos defeitos triangulares no desempenho dos dispositivos SiC MOSFET.

1. O que são defeitos triangulares?

O defeito triangular é uma inclusão politipo 3C-SiC que se estende ao longo da direção do plano basal até a superfície da camada epitaxial de SiC. Pode ser gerado pela queda de partículas na superfície da camada epitaxial de SiC durante o processo de crescimento epitaxial. As partículas estão embutidas na camada epitaxial e interferem no processo de crescimento, resultando em inclusões politípicas 3C-SiC que exibem características de superfície triangular acentuada, com as partículas localizadas nos vértices da região triangular. Muitos estudos também atribuem a origem das inclusões polimórficas a parâmetros impróprios, como arranhões superficiais, microtúbulos e processos de crescimento.

No entanto, devido aos diferentes mecanismos de crescimento, existem diferenças significativas na morfologia de muitos defeitos triangulares na superfície da camada epitaxial. Pode ser dividido aproximadamente nos seguintes tipos:

1.1 Defeito triangular com partículas grandes no topo

Esse tipo de defeito triangular apresenta uma partícula esférica de grande porte no topo, que pode ser causada pela queda de objetos durante o processo de crescimento. Uma pequena área triangular com superfície rugosa pode ser observada na direção descendente do vértice. Isso ocorre porque durante o processo epitaxial, duas camadas diferentes de 3C-SiC foram formadas sucessivamente na região triangular, com a primeira camada nucleando na interface e crescendo através do fluxo escalonado de 4H-SiC. À medida que a espessura da camada epitaxial aumenta, a segunda camada do politipo 3C nuclea e cresce em cavidades triangulares menores, mas a etapa de crescimento 4H não cobre totalmente a área do politipo 3C, tornando a área do sulco em forma de V do 3C-SiC ainda claramente visível, mostrado como na Fig 1.

Fig. 1 Morfologia superficial de defeitos triangulares com partículas grandes no topo

1.2 Pequenas partículas na parte superior e defeitos triangulares ásperos na superfície

As partículas nos vértices deste tipo de defeito triangular são muito menores, como mostrado na Fig. 2. E a maioria das regiões triangulares são cobertas pelo fluxo escalonado de 4H-SiC, ou seja, toda a camada 3C-SiC é completamente incorporado abaixo da camada 4H-SiC. A superfície do defeito triangular só pode ver as etapas de crescimento do 4H SiC, mas essas etapas são muito maiores do que as etapas convencionais de crescimento do cristal 4H.

Fig. 2 Diagrama de pequenas partículas no topo e defeitos triangulares ásperos na superfície

1.3 Defeitos Triângulos Suaves na Superfície

Este tipo de defeito triangular tem uma morfologia de superfície lisa, como mostrado na Fig. 3. Para tais defeitos triangulares, a camada 3C-SiC é coberta pelo fluxo escalonado de 4H-SiC, e o crescimento do cristal 4H na superfície é mais fino e suave.

Fig. 3 Morfologia superficial de defeitos triangulares lisos na superfície

2. Influências dos defeitos triangulares nas características dos dispositivos SiC MOSFET

Os pesquisadores estudaram as influências dos defeitos triangulares no desempenho do SiC MOSFET, e os resultados são mostrados na Fig. 4, que mostra um histograma da distribuição estatística de cinco características de dispositivos com defeitos triangulares. A linha tracejada azul representa a linha de segmentação da degradação do dispositivo e a linha tracejada vermelha representa a linha de segmentação da falha do dispositivo. Para falhas de dispositivos mostradas na Tabela 1, os defeitos triangulares têm um impacto significativo, com uma taxa de falhas superior a 93%. Isto é atribuído principalmente à influência dos defeitos triangulares nas características de vazamento reverso dos dispositivos, com até 93% dos dispositivos contendo defeitos triangulares experimentando um aumento significativo no vazamento reverso. Além disso, a influência dos defeitos triangulares nas características de vazamento da comporta também é muito grave, com taxa de degradação de 60%. Conforme mostrado na Tabela 1, para a degradação da tensão limite e das características do diodo corporal, a influência dos defeitos triangulares é relativamente pequena, com taxas de degradação de 26% e 33%, respectivamente. Em termos de causar um aumento na resistência de condução, a influência dos defeitos triangulares é relativamente fraca, com uma taxa de degradação de cerca de 33%.

Fig. 4 Histogramas de várias distribuições características de MOSFETs de SiC com defeitos triangulares

No geral, o estudo mostrou que os defeitos triangulares têm um impacto significativo na falha e na degradação característica dos dispositivos SiC MOSFET. A existência de defeitos triangulares é a mais fatal, com taxa de falha de até 93%, manifestada principalmente como um aumento significativo no vazamento reverso do dispositivo.

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