تستخدم أسطوانات الكربيد السيليكون على نطاق واسع لتصنيع أجهزة الطاقة المصممة للعمل في الجهد العالي ودرجة الحرارة العالية وتردد التبديل العالي.يمكن تحقيق المزايا الكهربائية لـ SiC بالكامل فقط عندما يكون للطبقة الرأسية والطبقات القاعدية كثافة عيبات بلورية منخفضة بما فيه الكفاية.
من بين العيوب المرتبطة بنمو بلورات SiC ، فإن الأنابيب الدقيقة وانحرافات الطائرة القاعدية مهمة بشكل خاص. على الرغم من اختلافها اختلافًا كبيرًا في الهيكل والسلوك ، إلا أن هذه العيوب لا تتغير بشكل كبير.كلاهما يمكن أن يقلل من إنتاجية الجهاز، يؤثر على الأداء الكهربائي ويخلق مخاطر الموثوقية على المدى الطويل.
فهم هذه العيوب يساعد الشركات المصنعة للأجهزة وموردي البيتاكسي ومشتري الركائز على تقييم ما إذا كانرقائق سي سي مناسبة لديودات شوتكي ، MOSFETs ، الأجهزة ثنائية القطب وغيرها من تطبيقات أشباه الموصلات المطالبة.
الميكروبايب هو عيب بلوراتية جوهرية مجوفة التي تتطور عادة حول خلع المسمار مع ناقل برجرز كبير.الكريستال يحتوي على قناة مجوفة ضيقة تمتد من خلال جزء أو كل كرة SiC.
ينمو العيب بشكل عام تقريبًا على طول المحور c البلورية وقد يقطع سطح الوافر الملمع.
لأن الميكروبايب لديها قلب مجوف فعليًا، فهي أكثر حدة من خلع الخيوط العادي.يخلق منطقة محلية حيث الهيكل البلورية والخصائص الكهربائية يتم تعطيل بشكل كبير.
كانت الأنابيب الدقيقة من بين القيود الرئيسية التي تؤثر على الركائز التجارية لـ SiC. التحسينات في نمو نقل البخار الفيزيائي ،جودة البذور ومراقبة الحقل الحراري تقللت بشكل كبير كثافة الأنابيب الدقيقة في رقائق التجارة الحديثةومع ذلك، لا يزال فحص الأنابيب الدقيقة مهمًا للأجهزة عالية الجهد والمنطقة الكبيرة لأن عددًا صغيرًا من العيوب القاتلة يمكن أن يقلل من إنتاج التصنيع.
يمكن أن تؤثر الأنابيب الدقيقة على الجهاز بعدة طرق.
يضايق الميكروبايب توزيع الحقل الكهربائي داخل الجهاز. عندما يتم تطبيق فولتاج عكسي مرتفع ، قد يركز الحقل الكهربائي حول العيب.
هذا التحسين المحلي للمجال يمكن أن يسبب انهيار الجهاز عند الجهد أقل بكثير من التصنيف المقصود.
يكون التأثير خطيرًا بشكل خاص في أجهزة الجهد العالي لأن مساحة الجهاز النشط أكبر ويزداد احتمال مواجهة عيب رئيسي في الركيزة.
يمكن أن يخلق التشويش في القلب المجوف والشبكة المحيطة مسارات تسرب من خلال الركيزة والبنية الشوكية.
وبالتالي فإن الأجهزة الموجودة بالقرب من الأنابيب المجهرية قد تظهر ارتفاع في التيار العكسي للسرقة أو خصائص حجب غير مستقرة أو فشل أثناء الفحص الكهربائي.
يمكن أن يؤثر أنبوب صغير على هيكل الجهاز الرأسي بالكامل فوق موقعه. قد يكون من الضروري رفض أي طلاء تم تصنيعه مباشرة فوق العيب.
بالنسبة للأجهزة ذات المساحة الكبيرة ، يمكن أن يجعل ميكروبايب واحد القالب بأكمله غير قابل للاستخدام. لذلك ، فإن تقليل كثافة الميكروبايب أمر ضروري لتحسين مساحة الجهاز القابل للاستخدام وخفض تكلفة التصنيع.
يمكن أن تنتشر العيوب في رصيف SiC إلى طبقة homoepitaxial المزروعة على اللوحة.وبالتالي فإن عيوب الروك المتعلقة بالرصيف قد تؤثر على شكلها والجودة البلورية للطبقة الدرقية المتضخمة.
أظهرت البحوث على سيكي إبيتاكسي أن خلع الركيزة يمكن أن يتكرر أو يتحول مع نمو الطبقة البيتاكسيهذا هو السبب في أن نوعية عيب الروكبة لا تزال ذات صلة حتى بعد ترسب البيتاكسيال.
خلع الطائرة الأساسية، المختصر عادة باسم BPD، هو خلع يقع بشكل رئيسي داخل الطائرة الأساسية من بلور SiC السادس الأطراف.
في 4H-SiC، المستوى الأساسي يتوافق مع المستوى البلوراتي عموديًا على المحور C. على عكس الانحرافات الخيطية، التي تمتد تقريبًا عبر سمك الوافر،يمكن لـ (BPDs) السفر بشكل جانبي عبر الكريستال.
يمكن أن تنشأ BPDs أثناء نمو بلور نقل البخار الفيزيائي بسبب الإجهاد الحراري أو التوزيع غير المتساوي لدرجة الحرارة أو الاسترخاء من التوتر.تشير الأبحاث إلى أن الإجهاد الحراري المرن في الكريستال المتنامي يمكن أن يعزز تكوين النواة وتكاثر BPDs، وخاصة عندما تصبح ضغوط القطع المحلولة على طول المستوى الأساسي عالية بما فيه الكفاية.
ويمكن أيضا أن تكون مرتبطة بالتوترات التي يتم إدخالها أثناء التبريد أو التقطيع أو الطحن أو الخطوات الأخرى لمعالجة الوافرات.
الـ BPDs مهمة بشكل خاص لأنها يمكن أن تؤثر على كل من أجهزة SiC ثنائية القطب والوحيدة القطب.
واحدة من المخاطر الأكثر أهمية المرتبطة بانحراف الطائرة الأساسية هي قدرتها على العمل كمصدر لتوسع خطأ التراكم.
عندما يتدفق التيار الثنائي القطب من خلال جهاز SiC ، يمكن أن يوفر تجميع الثقب الإلكتروني بالقرب من BPD طاقة تسمح لخطأ التراكم بالتوسع من خلال الطبقة الشوكية.
يغير خطأ التراكم الموسع الهيكل الإلكتروني المحلي ويخلق منطقة مع نقل ناقل متدهور.
يمكن أن يؤدي توسع خطأ التراص إلى زيادة الجهد الأمامي لجهاز SiC ثنائي القطب أثناء التشغيل. وتسمى هذه الظاهرة عادةً بالتدهور الثنائي القطب.
لقد كان تاريخياً مصدر قلق كبير بشأن موثوقية الأجهزة مثل:
مع توسع خطأ التراص ، يمكن أن تقل منطقة التوصيل الفعالة وقد ترتفع مقاومة الجهاز في الحالة.
قد يمر الجهاز في البداية بالاختبار الكهربائي ولكنه يظهر تدريجياً ضعف الأداء بعد حقن التيار الطويل.
على الرغم من أن SiC MOSFETs تصنف على أنها أجهزة أحادية القطب ، إلا أن ثنائيات الجسم الجوهرية لها تقود تيار ثنائي القطب.
عندما يعمل ثنائي الصمام لفترة طويلة ، قد يؤدي توسع خطأ التراص المرتبط بـ BPD إلى الانجراف الأمامي للجهد أو زيادة مقاومة التشغيل.
وقد خفضت هياكل الأجهزة الحديثة والعمليات الشوكية هذا الخطر بشكل كبير، ولكن كثافة BPD لا تزال اعتبارًا مهمًا عند توقع تشغيل MOSFET للديود الجسدي.
يمكن لـ BPDs وأخطاء التراكم المرتبطة بها تعديل عمر الناقل المحلي وسلوك إعادة التركيب وتدفق التيار.
اعتمادا على موقعها وتفاعلها مع العيوب الأخرى، قد تسهم في:
لا يتطلب أن يسبب الـ BPD فشلاً كارثياً فورياً. تأثيره يعتمد على نوع الجهاز، والظروف الحالية،هيكل الشوكة وما إذا كان الانحراف يبقى في المستوى الأساسي أو يتحول إلى نوع آخر من الانحراف.
أثناء النمو البصري لـ 4H-SiC ، يمكن أن يتصرف BPD الذي ينشأ من الركيزة بطريقتين رئيسيتين.
قد:
عادة ما يفضل التحويل إلى خلل حافة الخيوط لأن خلل حافة الخيوط أقل احتمالاً لتوليد خطأ تراكم مستوى قاعي متوسع تحت التيار الثنائي القطب.
وقد لاحظت دراسات تحليل 4H-SiC أن BPDs الركيزة تتحول إلى خلل حافة الخيوط بالقرب من الواجهة.يتأثر سلوك التحويل بنمو تدفق الخطوة والظروف البيتاكسيالية.
يمكن أن تشمل متغيرات العملية الهامة:
لهذا السبب ، لا يمكن تقييم جودة SiC من الجهاز فقط من خلال فحص الركيزة. يجب النظر إلى الركيزة والطبقة القاعدية على أنها نظام مادي متكامل.
على الرغم من أن كليهما عيوب بلورية ، إلا أن الأنبوبات الصغيرة و BPDs تخلق مخاطر مختلفة للأجهزة.
| الخصائص | ميكروبيب | خلع الطائرة القاعدية |
|---|---|---|
| الهيكل الأساسي | العيب المتعلق بمسمار القلب المجوف | خلع في المطار الأساسي بشكل رئيسي |
| التوجه النموذجي | تقريبا على طول المحور c | بشكل رئيسي جانبي داخل المستوى الأساسي |
| القلق الرئيسي | عيب قاتل فوري | التدهور التدريجي والموثوقية |
| تأثير جهاز نموذجي | التسرب والانهيار المبكر | التوسع في خطأ التراكم والانحراف في الجهد الأمامي |
| التأثير على العائد | غالبا ما يسبب رفض الميتة المباشرة | قد يسبب تأخير أو فشل يعتمد على حالة التشغيل |
| سلوك القاع | يمكن أن تنتشر من خلال الهيكل البدني | يمكن أن تنتشر أو تتحول إلى خلل في حافة الخيوط |
| الأجهزة الأكثر حساسية | أجهزة الجهد العالي والمساحة الكبيرة | أجهزة ثنائية القطب وديودات جسم MOSFET |
بعبارات بسيطة، غالباً ما ترتبط الأنابيب الدقيقة بخسارة إنتاج التصنيع الفوري، في حين ترتبط أنابيب التشغيل الدقيقة ارتباطاً وثيقاً بتدهور التشغيل والموثوقية على المدى الطويل.
ومع ذلك ، فإن التأثير الفعلي لأي من العيوب يعتمد على موقعها وحجمها وحقل الإجهاد المحيط بها وعلاقتها بهيكل الجهاز النشط.
لا توجد طريقة تفتيش واحدة توفر معلومات كاملة عن كل عيب في SiC. غالبًا ما يجمع المصنعون بين العديد من التقنيات.
حفر هيدروكسيد البوتاسيوم المنصهر يكشف بشكل انتقائي عن الانحرافات كحفر حفر على سطح SiC.
يمكن أن تنتج الأنابيب الدقيقة ، وانحرافات المسمار ، وانحرافات حافة الخيوط وانحرافات الطائرة الأساسية خصائص الحفر بأشكال وأحجام مختلفة.
حفر KOH مفيد لقياس كثافة العيوب والبحوث ، لكنه مدمر لأنه يغير سطح الوافر.أظهرت دراسة 6H-SiC المحفور أن الظروف المثلى لـ KOH المنصهر يمكن أن تكشف عن الأنابيب الصغيرة وأنواع الانحرافات المتعددة.
الطوبوغرافيا بالأشعة السينية هي تقنية غير مدمرة ترسم خرائطًا لتشوه الشبكة الناجم عن العيوب البلورية.
قد يكشف عن:
توفر الطوبوغرافية بالأشعة السينكروترونية صورًا مفصلة خاصة للعيوب وتستخدم على نطاق واسع في أبحاث بلورات SiC المتقدمة وتحليل آلية العيوب.
تغير حقول الإجهاد حول الانحرافات الاستجابة البصرية للبلور. وبالتالي يمكن استخدام تصوير الضوء المستقطب لتصور الانحرافات وأنماط الإجهاد المتبقي بشكل غير مدمر.
أبرزت الأعمال الحديثة مراقبة الضوء المستقطب كطريقة سريعة لرؤية العيوب والتفتيش الآلي لجودة الوافر.
غالباً ما تستخدم التصوير الضوئي للفحص في طبقات سيكس البيتاكسيال.
يمكن أن يكتشف العيوب النشطة كهربائياً ويساعد على تحديد أخطاء التراص والخصائص المتعلقة بـ BPD وغيرها من العيوب البيتاكسيالية.
يمكن اختيار أطوال موجة مختلفة للإثارة للتحقق من أعماق مختلفة أو أنواع العيوب.
لأن الأنبوبات الدقيقة تحتوي على نواة مجوفة، يمكن ملاحظة بعضها باستخدام طرق الإرسال البصرية أو الأشعة تحت الحمراء.
يمكن استخدام أنظمة التفتيش البصرية الآلية لرسومات عيوب الشريحة بأكملها ، على الرغم من أن قدرة الكشف عنها تعتمد على أبعاد العيوب ، وسماكة الشريحة وتباين الصورة.
يقدم اختبار الجهاز النهائي أدلة إضافية على تأثيرات العيوب في الهيدروجين والعيبات البدنية.
يمكن أن يكشف ارتباط خرائط العيوب بالنتائج الكهربائية ما إذا كان عيب معين مرتبطًا بما يلي:
الكثافة الإجمالية المنعزلة المنخفضة مرغوب فيها بشكل عام ، ولكن رقم كثافة واحد لا يصف بشكل كامل نوعية الركيزة.
يمكن أن توفر رققتان مع كثافة عيب عام مماثلة عوائد أجهزة مختلفة لأن العيوب لها أنواع مختلفة وتوزيعات فضائية.
الاعتبارات المهمة تشمل:
قد تتسامح رقاقة مخصصة للعديد من الأجهزة الصغيرة مع توزيع العيب الذي لن يكون مقبولًا لعدد صغير من أقراص الجهد العالي الكبيرة.
ولذلك، يجب تقييم مواصفات الركيزة فيما يتعلق ببنية الجهاز المخطط لها وأبعاد الطلاء.
عندما يشتري المشترون الركائز SiC لتصنيع الأجهزة أو التصنيع ، يجب ألا يعتمدوا فقط على القطر والسمك والتعاطي.
يجب أيضاً مناقشة المعلومات التالية المتعلقة بالعيوب مع المورد.
اطلب الكثافة القصوى أو النموذجية للميكروبايب وتوضيح ما إذا كانت القيمة تنطبق على اللوحة الكاملة أو المساحة المستخدمة أو نقاط القياس المختارة.
بالنسبة للتطبيقات المتطلبة ، قد تكون هناك حاجة إلى مواصفات خالية من الأنابيب الدقيقة داخل المنطقة النشطة.
اسأل عن كيفية قياس كثافة BPD وما إذا كانت القيمة المبلغ عنها تشير إلى الركيزة أو الطبقة البصرية أو كليهما.
يجب ذكر تقنية القياس لأن الحفر والطوبوغرافيا بالأشعة السينية والأساليب البصرية قد لا تنتج نتائج قابلة للتبادل مباشرة.
يجب تقييم BPDs مع:
إن تحويل BPDs إلى خلل الخيوط أثناء التشريح يجعل هذا التقييم المشترك مهمًا بشكل خاص.
بالنسبة للتطبيقات ذات القيمة العالية، اطلب خريطة عيوب على مستوى الوافر بدلاً من مجرد كثافة متوسطة.
خريطة العيوب تجعل من السهل تحديد المجموعات والعيوب المتعلقة بالحواف والمناطق المناسبة للمطابقات ذات المساحة الكبيرة.
تأكيد أن اتجاه القالب، زاوية قطع، ووضع السطح، ومستوى العيب مناسبة للعملية المخطط لها.
يمكن أن يعتمد انتشار وتحويل BPDs على ظروف النمو القصبي ، بما في ذلك نسبة C / Si ومعدل النمو.
يجب أن تحدد مواصفات الشراء:
من دون معايير تفتيش متسقة، قد يكون من الصعب مقارنة أرقام كثافة العيوب من الموردين المختلفين.
الحد من الأنابيب الصغيرة و BPDs يتطلب السيطرة على نمو الكرات وتصنيع الوافر.
وتشمل الاستراتيجيات الهامة:
وقد استفاد تقليص الأنابيب الدقيقة بشكل كبير من تحسين تكنولوجيا النمو واختيار البذور.
لا يزال تقليل BPD أكثر تعقيدًا لأن BPDs يمكن أن تتكون وتتكاثر تحت الإجهاد الحراري اللاتينية أثناء نمو الكرات. كما أنها قد تنتشر بشكل مختلف اعتمادًا على الظروف البصرية.
تفاصيل العيوب المقبولة تعتمد على الاستخدام النهائي.
الأنابيب الصغيرة وغيرها من العيوب التي تزيد من التسرب أو انخفاض فولتاج الانهيار أمر بالغ الأهمية.
نظرًا لأن أجهزة شوتكي تعتمد بشكل أساسي على نقل الناقلات الأغلبية ، فإن التدهور الثنائي القطب المرتبط بـ BPD يكون بشكل عام أقل مباشرة من في ثنائيات PiN.يمكن أن تؤثر عيوب الركيزة والطبقة العلوية على الإنتاجية والموثوقية.
الكثافة المنخفضة للأنابيب الدقيقة ضرورية لتحقيق إنتاجية عالية.
التحكم في BPD مهم أيضًا عند قيام ثنائي الصمام الداخلي أثناء تشغيل المحول أو اختبار الموثوقية.
كثافة BPD مهمة بشكل خاص لأن حقن التيار الثنائي القطب يمكن أن يؤدي إلى توسع خطأ التراص وتدهور الجهد الأمامي.
القطع الكبيرة لديها احتمال أكبر لقطع عيب قاتل.
تتطلب هذه التطبيقات بشكل عام مواصفات عيوب أكثر صرامة ورسم خرائط أكثر تفصيلا للوافير بأكملها.
قد تتحمل الأساسات ذات الجودة المختبرة أو البحثية كثافة العيوب العالية عندما يكون الهدف اختبار المعدات أو تطوير العمليات أو البحث في المواد غير الحرجة.
ومع ذلك، يجب توثيق درجة العيب حتى يتمكن من تفسير نتائج التجربة بشكل صحيح.
تؤثر الأنابيب الدقيقة وانحرافات المستوى الأساسي على أداء الروك الهيدروجيني من خلال آليات فيزيائية مختلفة.
الأنابيب الدقيقة هي عيوب في النواة المجوفة التي يمكن أن تسبب تسربًا شديدًا وتعطيلًا مبكرًا وفقدانًا فوريًا في إنتاج الطلاء.خلل الطائرة القاعدية هو عيوب بلورية مسطحة قد تنتشر في الطبقة البصرية أو تبدأ توسع خطأ التراكم تحت التيار الثنائي القطب.
لذلك بالنسبة لأجهزة الطاقة SiC ، يجب تقييم جودة الركيزة باستخدام أكثر من مواصفات كثافة العيوب العامة. يجب على المشترين النظر في نوع العيوب والتوزيع المكاني ،طريقة التفتيش، سلوك الحاجز والحساسية لهيكل الجهاز المقصود.
مع استمرار تحسين تصنيع رقائق SiC ، فإن انخفاض كثافة الأنابيب الصغيرة وإدارة BPD الأفضل تساعد مصنعي الأجهزة على تحقيق عائد أعلى ،أداء كهربائي أكثر استقراراً وموثوقية تشغيلية أطول.
كثافة الأنابيب الدقيقة في الركائز الحديثة التجارية SiC أقل بكثير من تلك الموجودة في الأجيال السابقة من المواد.التفتيش لا يزال مهماً لأن ميكروبايب واحد يمكن أن يؤثر على جهاز عالي الجهد الكبير.
ليس بالضرورة. تأثيره يعتمد على ما إذا كان ينتشر في الطبقة النشطة، يتحول إلى خلع الخيوط أو يعزز توسع خطأ التراكم أثناء التشغيل.
يمكن أن يحفز حقن التيار الثنائي القطب توسيع أخطاء التراص المنشأة من BPDs. قد يزيد هذا من الجهد الأمامي ويضعف أداء الجهاز بمرور الوقت.
يمكن لبعض BPDs التركي أن تتحول إلى خلل حافة الخيوط بالقرب من واجهة التركي-epilayer. يمكن لتحسين العملية القاعدية أن يزيد من معدل التحويل ،ولكنه لا يزيل جسديا كل عيوب البلورية.
تعتمد الطريقة المناسبة على اللوحة والتطبيق. توفر الطوبوغرافيا بالأشعة السينية رسم خرائط تفصيلي للعيوب غير المدمرة ، وتوفر حفرة KOH حفرات حفر واضحة ،ويتم استخدام الضوء الضوئي على نطاق واسع للتفتيش على طبقة الشوكة.
يجب أن يحدد الاستفسار الكامل قطر الوافر، النوع المتعدد، نوع الموصلات، التكيف، التوجه، زاوية قطع خارج، السماكة، التلميع، خشونة السطح، كثافة الأنابيب الصغيرة، متطلبات الانحراف,استبعاد الحافة وطريقة التفتيش والكمية والتطبيق المقصود.
تستخدم أسطوانات الكربيد السيليكون على نطاق واسع لتصنيع أجهزة الطاقة المصممة للعمل في الجهد العالي ودرجة الحرارة العالية وتردد التبديل العالي.يمكن تحقيق المزايا الكهربائية لـ SiC بالكامل فقط عندما يكون للطبقة الرأسية والطبقات القاعدية كثافة عيبات بلورية منخفضة بما فيه الكفاية.
من بين العيوب المرتبطة بنمو بلورات SiC ، فإن الأنابيب الدقيقة وانحرافات الطائرة القاعدية مهمة بشكل خاص. على الرغم من اختلافها اختلافًا كبيرًا في الهيكل والسلوك ، إلا أن هذه العيوب لا تتغير بشكل كبير.كلاهما يمكن أن يقلل من إنتاجية الجهاز، يؤثر على الأداء الكهربائي ويخلق مخاطر الموثوقية على المدى الطويل.
فهم هذه العيوب يساعد الشركات المصنعة للأجهزة وموردي البيتاكسي ومشتري الركائز على تقييم ما إذا كانرقائق سي سي مناسبة لديودات شوتكي ، MOSFETs ، الأجهزة ثنائية القطب وغيرها من تطبيقات أشباه الموصلات المطالبة.
الميكروبايب هو عيب بلوراتية جوهرية مجوفة التي تتطور عادة حول خلع المسمار مع ناقل برجرز كبير.الكريستال يحتوي على قناة مجوفة ضيقة تمتد من خلال جزء أو كل كرة SiC.
ينمو العيب بشكل عام تقريبًا على طول المحور c البلورية وقد يقطع سطح الوافر الملمع.
لأن الميكروبايب لديها قلب مجوف فعليًا، فهي أكثر حدة من خلع الخيوط العادي.يخلق منطقة محلية حيث الهيكل البلورية والخصائص الكهربائية يتم تعطيل بشكل كبير.
كانت الأنابيب الدقيقة من بين القيود الرئيسية التي تؤثر على الركائز التجارية لـ SiC. التحسينات في نمو نقل البخار الفيزيائي ،جودة البذور ومراقبة الحقل الحراري تقللت بشكل كبير كثافة الأنابيب الدقيقة في رقائق التجارة الحديثةومع ذلك، لا يزال فحص الأنابيب الدقيقة مهمًا للأجهزة عالية الجهد والمنطقة الكبيرة لأن عددًا صغيرًا من العيوب القاتلة يمكن أن يقلل من إنتاج التصنيع.
يمكن أن تؤثر الأنابيب الدقيقة على الجهاز بعدة طرق.
يضايق الميكروبايب توزيع الحقل الكهربائي داخل الجهاز. عندما يتم تطبيق فولتاج عكسي مرتفع ، قد يركز الحقل الكهربائي حول العيب.
هذا التحسين المحلي للمجال يمكن أن يسبب انهيار الجهاز عند الجهد أقل بكثير من التصنيف المقصود.
يكون التأثير خطيرًا بشكل خاص في أجهزة الجهد العالي لأن مساحة الجهاز النشط أكبر ويزداد احتمال مواجهة عيب رئيسي في الركيزة.
يمكن أن يخلق التشويش في القلب المجوف والشبكة المحيطة مسارات تسرب من خلال الركيزة والبنية الشوكية.
وبالتالي فإن الأجهزة الموجودة بالقرب من الأنابيب المجهرية قد تظهر ارتفاع في التيار العكسي للسرقة أو خصائص حجب غير مستقرة أو فشل أثناء الفحص الكهربائي.
يمكن أن يؤثر أنبوب صغير على هيكل الجهاز الرأسي بالكامل فوق موقعه. قد يكون من الضروري رفض أي طلاء تم تصنيعه مباشرة فوق العيب.
بالنسبة للأجهزة ذات المساحة الكبيرة ، يمكن أن يجعل ميكروبايب واحد القالب بأكمله غير قابل للاستخدام. لذلك ، فإن تقليل كثافة الميكروبايب أمر ضروري لتحسين مساحة الجهاز القابل للاستخدام وخفض تكلفة التصنيع.
يمكن أن تنتشر العيوب في رصيف SiC إلى طبقة homoepitaxial المزروعة على اللوحة.وبالتالي فإن عيوب الروك المتعلقة بالرصيف قد تؤثر على شكلها والجودة البلورية للطبقة الدرقية المتضخمة.
أظهرت البحوث على سيكي إبيتاكسي أن خلع الركيزة يمكن أن يتكرر أو يتحول مع نمو الطبقة البيتاكسيهذا هو السبب في أن نوعية عيب الروكبة لا تزال ذات صلة حتى بعد ترسب البيتاكسيال.
خلع الطائرة الأساسية، المختصر عادة باسم BPD، هو خلع يقع بشكل رئيسي داخل الطائرة الأساسية من بلور SiC السادس الأطراف.
في 4H-SiC، المستوى الأساسي يتوافق مع المستوى البلوراتي عموديًا على المحور C. على عكس الانحرافات الخيطية، التي تمتد تقريبًا عبر سمك الوافر،يمكن لـ (BPDs) السفر بشكل جانبي عبر الكريستال.
يمكن أن تنشأ BPDs أثناء نمو بلور نقل البخار الفيزيائي بسبب الإجهاد الحراري أو التوزيع غير المتساوي لدرجة الحرارة أو الاسترخاء من التوتر.تشير الأبحاث إلى أن الإجهاد الحراري المرن في الكريستال المتنامي يمكن أن يعزز تكوين النواة وتكاثر BPDs، وخاصة عندما تصبح ضغوط القطع المحلولة على طول المستوى الأساسي عالية بما فيه الكفاية.
ويمكن أيضا أن تكون مرتبطة بالتوترات التي يتم إدخالها أثناء التبريد أو التقطيع أو الطحن أو الخطوات الأخرى لمعالجة الوافرات.
الـ BPDs مهمة بشكل خاص لأنها يمكن أن تؤثر على كل من أجهزة SiC ثنائية القطب والوحيدة القطب.
واحدة من المخاطر الأكثر أهمية المرتبطة بانحراف الطائرة الأساسية هي قدرتها على العمل كمصدر لتوسع خطأ التراكم.
عندما يتدفق التيار الثنائي القطب من خلال جهاز SiC ، يمكن أن يوفر تجميع الثقب الإلكتروني بالقرب من BPD طاقة تسمح لخطأ التراكم بالتوسع من خلال الطبقة الشوكية.
يغير خطأ التراكم الموسع الهيكل الإلكتروني المحلي ويخلق منطقة مع نقل ناقل متدهور.
يمكن أن يؤدي توسع خطأ التراص إلى زيادة الجهد الأمامي لجهاز SiC ثنائي القطب أثناء التشغيل. وتسمى هذه الظاهرة عادةً بالتدهور الثنائي القطب.
لقد كان تاريخياً مصدر قلق كبير بشأن موثوقية الأجهزة مثل:
مع توسع خطأ التراص ، يمكن أن تقل منطقة التوصيل الفعالة وقد ترتفع مقاومة الجهاز في الحالة.
قد يمر الجهاز في البداية بالاختبار الكهربائي ولكنه يظهر تدريجياً ضعف الأداء بعد حقن التيار الطويل.
على الرغم من أن SiC MOSFETs تصنف على أنها أجهزة أحادية القطب ، إلا أن ثنائيات الجسم الجوهرية لها تقود تيار ثنائي القطب.
عندما يعمل ثنائي الصمام لفترة طويلة ، قد يؤدي توسع خطأ التراص المرتبط بـ BPD إلى الانجراف الأمامي للجهد أو زيادة مقاومة التشغيل.
وقد خفضت هياكل الأجهزة الحديثة والعمليات الشوكية هذا الخطر بشكل كبير، ولكن كثافة BPD لا تزال اعتبارًا مهمًا عند توقع تشغيل MOSFET للديود الجسدي.
يمكن لـ BPDs وأخطاء التراكم المرتبطة بها تعديل عمر الناقل المحلي وسلوك إعادة التركيب وتدفق التيار.
اعتمادا على موقعها وتفاعلها مع العيوب الأخرى، قد تسهم في:
لا يتطلب أن يسبب الـ BPD فشلاً كارثياً فورياً. تأثيره يعتمد على نوع الجهاز، والظروف الحالية،هيكل الشوكة وما إذا كان الانحراف يبقى في المستوى الأساسي أو يتحول إلى نوع آخر من الانحراف.
أثناء النمو البصري لـ 4H-SiC ، يمكن أن يتصرف BPD الذي ينشأ من الركيزة بطريقتين رئيسيتين.
قد:
عادة ما يفضل التحويل إلى خلل حافة الخيوط لأن خلل حافة الخيوط أقل احتمالاً لتوليد خطأ تراكم مستوى قاعي متوسع تحت التيار الثنائي القطب.
وقد لاحظت دراسات تحليل 4H-SiC أن BPDs الركيزة تتحول إلى خلل حافة الخيوط بالقرب من الواجهة.يتأثر سلوك التحويل بنمو تدفق الخطوة والظروف البيتاكسيالية.
يمكن أن تشمل متغيرات العملية الهامة:
لهذا السبب ، لا يمكن تقييم جودة SiC من الجهاز فقط من خلال فحص الركيزة. يجب النظر إلى الركيزة والطبقة القاعدية على أنها نظام مادي متكامل.
على الرغم من أن كليهما عيوب بلورية ، إلا أن الأنبوبات الصغيرة و BPDs تخلق مخاطر مختلفة للأجهزة.
| الخصائص | ميكروبيب | خلع الطائرة القاعدية |
|---|---|---|
| الهيكل الأساسي | العيب المتعلق بمسمار القلب المجوف | خلع في المطار الأساسي بشكل رئيسي |
| التوجه النموذجي | تقريبا على طول المحور c | بشكل رئيسي جانبي داخل المستوى الأساسي |
| القلق الرئيسي | عيب قاتل فوري | التدهور التدريجي والموثوقية |
| تأثير جهاز نموذجي | التسرب والانهيار المبكر | التوسع في خطأ التراكم والانحراف في الجهد الأمامي |
| التأثير على العائد | غالبا ما يسبب رفض الميتة المباشرة | قد يسبب تأخير أو فشل يعتمد على حالة التشغيل |
| سلوك القاع | يمكن أن تنتشر من خلال الهيكل البدني | يمكن أن تنتشر أو تتحول إلى خلل في حافة الخيوط |
| الأجهزة الأكثر حساسية | أجهزة الجهد العالي والمساحة الكبيرة | أجهزة ثنائية القطب وديودات جسم MOSFET |
بعبارات بسيطة، غالباً ما ترتبط الأنابيب الدقيقة بخسارة إنتاج التصنيع الفوري، في حين ترتبط أنابيب التشغيل الدقيقة ارتباطاً وثيقاً بتدهور التشغيل والموثوقية على المدى الطويل.
ومع ذلك ، فإن التأثير الفعلي لأي من العيوب يعتمد على موقعها وحجمها وحقل الإجهاد المحيط بها وعلاقتها بهيكل الجهاز النشط.
لا توجد طريقة تفتيش واحدة توفر معلومات كاملة عن كل عيب في SiC. غالبًا ما يجمع المصنعون بين العديد من التقنيات.
حفر هيدروكسيد البوتاسيوم المنصهر يكشف بشكل انتقائي عن الانحرافات كحفر حفر على سطح SiC.
يمكن أن تنتج الأنابيب الدقيقة ، وانحرافات المسمار ، وانحرافات حافة الخيوط وانحرافات الطائرة الأساسية خصائص الحفر بأشكال وأحجام مختلفة.
حفر KOH مفيد لقياس كثافة العيوب والبحوث ، لكنه مدمر لأنه يغير سطح الوافر.أظهرت دراسة 6H-SiC المحفور أن الظروف المثلى لـ KOH المنصهر يمكن أن تكشف عن الأنابيب الصغيرة وأنواع الانحرافات المتعددة.
الطوبوغرافيا بالأشعة السينية هي تقنية غير مدمرة ترسم خرائطًا لتشوه الشبكة الناجم عن العيوب البلورية.
قد يكشف عن:
توفر الطوبوغرافية بالأشعة السينكروترونية صورًا مفصلة خاصة للعيوب وتستخدم على نطاق واسع في أبحاث بلورات SiC المتقدمة وتحليل آلية العيوب.
تغير حقول الإجهاد حول الانحرافات الاستجابة البصرية للبلور. وبالتالي يمكن استخدام تصوير الضوء المستقطب لتصور الانحرافات وأنماط الإجهاد المتبقي بشكل غير مدمر.
أبرزت الأعمال الحديثة مراقبة الضوء المستقطب كطريقة سريعة لرؤية العيوب والتفتيش الآلي لجودة الوافر.
غالباً ما تستخدم التصوير الضوئي للفحص في طبقات سيكس البيتاكسيال.
يمكن أن يكتشف العيوب النشطة كهربائياً ويساعد على تحديد أخطاء التراص والخصائص المتعلقة بـ BPD وغيرها من العيوب البيتاكسيالية.
يمكن اختيار أطوال موجة مختلفة للإثارة للتحقق من أعماق مختلفة أو أنواع العيوب.
لأن الأنبوبات الدقيقة تحتوي على نواة مجوفة، يمكن ملاحظة بعضها باستخدام طرق الإرسال البصرية أو الأشعة تحت الحمراء.
يمكن استخدام أنظمة التفتيش البصرية الآلية لرسومات عيوب الشريحة بأكملها ، على الرغم من أن قدرة الكشف عنها تعتمد على أبعاد العيوب ، وسماكة الشريحة وتباين الصورة.
يقدم اختبار الجهاز النهائي أدلة إضافية على تأثيرات العيوب في الهيدروجين والعيبات البدنية.
يمكن أن يكشف ارتباط خرائط العيوب بالنتائج الكهربائية ما إذا كان عيب معين مرتبطًا بما يلي:
الكثافة الإجمالية المنعزلة المنخفضة مرغوب فيها بشكل عام ، ولكن رقم كثافة واحد لا يصف بشكل كامل نوعية الركيزة.
يمكن أن توفر رققتان مع كثافة عيب عام مماثلة عوائد أجهزة مختلفة لأن العيوب لها أنواع مختلفة وتوزيعات فضائية.
الاعتبارات المهمة تشمل:
قد تتسامح رقاقة مخصصة للعديد من الأجهزة الصغيرة مع توزيع العيب الذي لن يكون مقبولًا لعدد صغير من أقراص الجهد العالي الكبيرة.
ولذلك، يجب تقييم مواصفات الركيزة فيما يتعلق ببنية الجهاز المخطط لها وأبعاد الطلاء.
عندما يشتري المشترون الركائز SiC لتصنيع الأجهزة أو التصنيع ، يجب ألا يعتمدوا فقط على القطر والسمك والتعاطي.
يجب أيضاً مناقشة المعلومات التالية المتعلقة بالعيوب مع المورد.
اطلب الكثافة القصوى أو النموذجية للميكروبايب وتوضيح ما إذا كانت القيمة تنطبق على اللوحة الكاملة أو المساحة المستخدمة أو نقاط القياس المختارة.
بالنسبة للتطبيقات المتطلبة ، قد تكون هناك حاجة إلى مواصفات خالية من الأنابيب الدقيقة داخل المنطقة النشطة.
اسأل عن كيفية قياس كثافة BPD وما إذا كانت القيمة المبلغ عنها تشير إلى الركيزة أو الطبقة البصرية أو كليهما.
يجب ذكر تقنية القياس لأن الحفر والطوبوغرافيا بالأشعة السينية والأساليب البصرية قد لا تنتج نتائج قابلة للتبادل مباشرة.
يجب تقييم BPDs مع:
إن تحويل BPDs إلى خلل الخيوط أثناء التشريح يجعل هذا التقييم المشترك مهمًا بشكل خاص.
بالنسبة للتطبيقات ذات القيمة العالية، اطلب خريطة عيوب على مستوى الوافر بدلاً من مجرد كثافة متوسطة.
خريطة العيوب تجعل من السهل تحديد المجموعات والعيوب المتعلقة بالحواف والمناطق المناسبة للمطابقات ذات المساحة الكبيرة.
تأكيد أن اتجاه القالب، زاوية قطع، ووضع السطح، ومستوى العيب مناسبة للعملية المخطط لها.
يمكن أن يعتمد انتشار وتحويل BPDs على ظروف النمو القصبي ، بما في ذلك نسبة C / Si ومعدل النمو.
يجب أن تحدد مواصفات الشراء:
من دون معايير تفتيش متسقة، قد يكون من الصعب مقارنة أرقام كثافة العيوب من الموردين المختلفين.
الحد من الأنابيب الصغيرة و BPDs يتطلب السيطرة على نمو الكرات وتصنيع الوافر.
وتشمل الاستراتيجيات الهامة:
وقد استفاد تقليص الأنابيب الدقيقة بشكل كبير من تحسين تكنولوجيا النمو واختيار البذور.
لا يزال تقليل BPD أكثر تعقيدًا لأن BPDs يمكن أن تتكون وتتكاثر تحت الإجهاد الحراري اللاتينية أثناء نمو الكرات. كما أنها قد تنتشر بشكل مختلف اعتمادًا على الظروف البصرية.
تفاصيل العيوب المقبولة تعتمد على الاستخدام النهائي.
الأنابيب الصغيرة وغيرها من العيوب التي تزيد من التسرب أو انخفاض فولتاج الانهيار أمر بالغ الأهمية.
نظرًا لأن أجهزة شوتكي تعتمد بشكل أساسي على نقل الناقلات الأغلبية ، فإن التدهور الثنائي القطب المرتبط بـ BPD يكون بشكل عام أقل مباشرة من في ثنائيات PiN.يمكن أن تؤثر عيوب الركيزة والطبقة العلوية على الإنتاجية والموثوقية.
الكثافة المنخفضة للأنابيب الدقيقة ضرورية لتحقيق إنتاجية عالية.
التحكم في BPD مهم أيضًا عند قيام ثنائي الصمام الداخلي أثناء تشغيل المحول أو اختبار الموثوقية.
كثافة BPD مهمة بشكل خاص لأن حقن التيار الثنائي القطب يمكن أن يؤدي إلى توسع خطأ التراص وتدهور الجهد الأمامي.
القطع الكبيرة لديها احتمال أكبر لقطع عيب قاتل.
تتطلب هذه التطبيقات بشكل عام مواصفات عيوب أكثر صرامة ورسم خرائط أكثر تفصيلا للوافير بأكملها.
قد تتحمل الأساسات ذات الجودة المختبرة أو البحثية كثافة العيوب العالية عندما يكون الهدف اختبار المعدات أو تطوير العمليات أو البحث في المواد غير الحرجة.
ومع ذلك، يجب توثيق درجة العيب حتى يتمكن من تفسير نتائج التجربة بشكل صحيح.
تؤثر الأنابيب الدقيقة وانحرافات المستوى الأساسي على أداء الروك الهيدروجيني من خلال آليات فيزيائية مختلفة.
الأنابيب الدقيقة هي عيوب في النواة المجوفة التي يمكن أن تسبب تسربًا شديدًا وتعطيلًا مبكرًا وفقدانًا فوريًا في إنتاج الطلاء.خلل الطائرة القاعدية هو عيوب بلورية مسطحة قد تنتشر في الطبقة البصرية أو تبدأ توسع خطأ التراكم تحت التيار الثنائي القطب.
لذلك بالنسبة لأجهزة الطاقة SiC ، يجب تقييم جودة الركيزة باستخدام أكثر من مواصفات كثافة العيوب العامة. يجب على المشترين النظر في نوع العيوب والتوزيع المكاني ،طريقة التفتيش، سلوك الحاجز والحساسية لهيكل الجهاز المقصود.
مع استمرار تحسين تصنيع رقائق SiC ، فإن انخفاض كثافة الأنابيب الصغيرة وإدارة BPD الأفضل تساعد مصنعي الأجهزة على تحقيق عائد أعلى ،أداء كهربائي أكثر استقراراً وموثوقية تشغيلية أطول.
كثافة الأنابيب الدقيقة في الركائز الحديثة التجارية SiC أقل بكثير من تلك الموجودة في الأجيال السابقة من المواد.التفتيش لا يزال مهماً لأن ميكروبايب واحد يمكن أن يؤثر على جهاز عالي الجهد الكبير.
ليس بالضرورة. تأثيره يعتمد على ما إذا كان ينتشر في الطبقة النشطة، يتحول إلى خلع الخيوط أو يعزز توسع خطأ التراكم أثناء التشغيل.
يمكن أن يحفز حقن التيار الثنائي القطب توسيع أخطاء التراص المنشأة من BPDs. قد يزيد هذا من الجهد الأمامي ويضعف أداء الجهاز بمرور الوقت.
يمكن لبعض BPDs التركي أن تتحول إلى خلل حافة الخيوط بالقرب من واجهة التركي-epilayer. يمكن لتحسين العملية القاعدية أن يزيد من معدل التحويل ،ولكنه لا يزيل جسديا كل عيوب البلورية.
تعتمد الطريقة المناسبة على اللوحة والتطبيق. توفر الطوبوغرافيا بالأشعة السينية رسم خرائط تفصيلي للعيوب غير المدمرة ، وتوفر حفرة KOH حفرات حفر واضحة ،ويتم استخدام الضوء الضوئي على نطاق واسع للتفتيش على طبقة الشوكة.
يجب أن يحدد الاستفسار الكامل قطر الوافر، النوع المتعدد، نوع الموصلات، التكيف، التوجه، زاوية قطع خارج، السماكة، التلميع، خشونة السطح، كثافة الأنابيب الصغيرة، متطلبات الانحراف,استبعاد الحافة وطريقة التفتيش والكمية والتطبيق المقصود.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
Türkçe
polski