4H-SiC의 결함

표면 광전압 분광법으로 조사한 4H-SiC의 결함 - 전력 반도체

실리콘 카바이드(SiC) 고출력·고전압 반도체 소자는 전기차(EV)용 초고속 충전기 및 온보드 충전기뿐만 아니라 경전철, 트램, 지하철과 같은 견인용 애플리케이션의 동력 구동계 및 전력 변환기 분야에서도 선도적인 역할을 하고 있습니다. 견인 애플리케이션과 산업용 모터 드라이브에는 1200V, 1700V, 3300V 또는 심지어 4500V(6500V는 아직 연구 단계)의 차단 전압을 가진 전력 반도체 스위치가 필요합니다.

고전력, 고전압 반도체 소자의 신뢰성, 수명 및 안전성은 현재 제어해야 할 핵심 매개변수이며, 시판되는 150mm SiC 웨이퍼는 여전히 SiC 반도체의 밴드갭 결함과 관련된 근본적인 품질 문제를 겪고 있습니다. 이러한 문제는 200mm SiC 웨이퍼에서도 여전히 남아 있을 것이므로, 소자 제조 전, 도중 및 후에 결함 상태를 측정하고 보고할 수 있는 능력이 매우 중요합니다.

중심 파장이 355nm, 365nm 및 450/660nm인 3개의 UV 광원을 장착한 SPVcheck 툴은 에피택셜 SiC 웨이퍼 특성 분석에 이상적인 플랫폼입니다. 이 툴을 사용하면 매우 정교하고 신속하게 기본 밴드갭 에지를 확인할 수 있기 때문입니다. 450nm 또는 660nm 파장은 에너지가 너무 낮아 SiC 재료 내의 캐리어를 여기시킬 수 없기 때문에 기준선 참조 측정으로 사용됩니다. 355 nm 및 365 nm 자외선 광원은 에피택셜 SiC 웨이퍼에 동시에 조사되어, 한 번에 3.25~3.55 eV의 에너지를 포괄하는 넓은 사각형 모양의 펄스를 생성합니다.

과도 SPV는 10ns에서 최대 10ms의 시간 범위에서 측정됩니다. SiC 웨이퍼의 에피택셜 층에 결함이 너무 많으면, 캐리어의 여기(excitation)가 약해지고 시간에 따른 신호의 변화가 작아집니다. 반면, 완벽한 에피택셜 층은 더 높은 출력 신호를 나타내며, 더 중요한 것은 ms 범위에서 날카로운 에너지 전이 피크를 보인다는 점입니다.

사각형 모양의 에너지 펄스의 또 다른 장점은 SiC의 흡수 계수가 에너지의 제곱에 비례하여 선형적으로 증가하며 온도에 크게 의존한다는 사실입니다. 따라서 온도 스테이지를 추가함으로써 자외선의 투과 깊이를 넓은 범위에서 조절할 수 있습니다. 분명히 355nm 및 365nm 광원은 동시에 켜질 필요가 없으며, 최대 1kHz의 스위칭 주파수 또는 매우 긴 켜짐 및 꺼짐 주기로 변조된 패턴에 따라 켜고 끌 수 있습니다.