Le carbure de silicium (SiC) est un matériau critique dans le développement de dispositifs MOSFET hautes performances en raison de ses propriétés électriques, thermiques et mécaniques supérieures. Cependant, des défauts tels que les défauts triangulaires et les défauts de carotte dans les substrats SiC et les couches épitaxiales ont un impact significatif sur la performance de ces dispositifs. Cet article explore les origines de ces défauts et leurs effets sur les performances du MOSFET, ainsi que les méthodes pour les détecter et les contrôler.

1. Défauts triangulaires

Mécanismes de Formation

Défauts triangulaires dansSubstrats SiCEt les couches épitaxiales se posent principalement en raison de:

Microtuyaux: ces défauts sont causés par des dislocations hélicoïdales dans le cristal SiC, qui peuvent se propager en défauts triangulaires lors de la croissance épitaxiale.

Inadéquations cristallographiques: le SiC présente de multiples polytypes (p. ex., 4H-SiC, 6H-SiC), et les inadéquations entre ces structures pendant la croissance du cristal peuvent entraîner des défauts triangulaires.

Impuretés et Dopants: une distribution non uniforme des Dopants ou la présence d’impuretés au cours de la croissance peut induire des concentrations de contraintes, conduisant à la formation de ces défauts.

Impact sur les performances du MOSFET

Conductivité: les défauts triangulaires provoquent des distorsions de grille qui augmentent la résistance locale, augmentant ainsi le device' S sur résistance. Ils dispersent également les porteurs, réduisant la mobilité des électrons et affectant la vitesse de commutation et la capacité de courant.

Tension de panne: la distribution inégale du champ électrique dans les régions de défaut peut causer la concentration de champ, abaissant la tension de panne et augmentant les courants de fuite.

Rendement thermique: ces défauts ont une conductivité thermique plus faible, ce qui peut causer une surchauffe locale et affecter la gestion thermique et la stabilité à long terme.

2. Carottes défauts

Mécanismes de Formation

Les défauts de carotte sont formés dans le SiC pendant la croissance épitaxiale et peuvent être attribués à:

Dislocations: les Dislocations de vis ou de bord dans le substrat peuvent s’étendre dans la couche épitaxiale, créant des défauts en forme de carotte.

Impuretés et Dopants: le dopage non uniforme ou les impuretés peuvent induire un stress, conduisant à la formation de défauts de carotte.

Fluctuations des conditions de croissance: des instabilités dans la température, le débit de gaz et la pression pendant la croissance peuvent entraîner ces défauts.

Impact sur les performances du MOSFET

Conductivité: les défauts de carottes entraînent des distorsions de la grille, augmentant la résistance locale et provoquant la dispersion du porteur, ce qui réduit la mobilité des électrons et affecte la vitesse de commutation et la capacité de courant.

Tension de panne: ces défauts créent des champs électriques non uniformes qui peuvent se concentrer, abaissant la tension de panne et augmentant les courants de fuite.

Performance thermique: la conductivité thermique plus faible dans les zones de défaut peut causer une surchauffe locale, ce qui a un impact sur la gestion thermique et la stabilité à long terme.

Méthodes de détection

Les défauts triangulaires et carottes peuvent être détectés en utilisant les méthodes suivantes:

Microscopie optique: utile pour la détection préliminaire des grands défauts de surface.

Microscopie électronique à balayage (meb): fournit des images à haute résolution de la morphologie des défauts.

Microscopie par Force atomique (AFM): mesure la topographie de surface et la profondeur des défauts.

Diffraction des rayons x (DRX): analyse la structure cristalline et la densité des défauts.

Méthodes de contrôle

Optimisation des Conditions de croissance épitaxiale

Ajuster la température de croissance, le débit de gaz et la pression pour minimiser la formation de défauts.

Amélioration de la qualité du substrat

Utilisation de substrats de haute qualité avec de faibles densités de défauts pour réduire la propagation des défauts pendant la croissance épitaxiale.

Optimisation Dopant

Contrôler la distribution uniforme des dopants pour éviter la formation de défauts dus à des incohérences de dopage.

Suivi du processus de croissance

Surveillance et ajustement en temps réel des conditions de croissance pour réduire les fluctuations et réduire la probabilité de formation de défauts.

Conclusion Conclusion

Les défauts triangulaires et carottes dans les substrats SiC et les couches épitaxiales ont un impact significatif sur les performances des dispositifs MOSFET. Ces défauts augmentent la résistance, réduisent la tension de rupture, augmentent les courants de fuite et affectent les performances thermiques. En optimisant les conditions de croissance, en améliorant la qualité du substrat et en contrôlant la distribution dopant, la formation de ces défauts peut être minimisée, améliorant ainsi la performance électrique et la fiabilité des dispositifs SiC MOSFET. La compréhension et le contrôle de ces défauts sont cruciaux pour le développement de dispositifs SiC performants.