Silikon karbür (SiC) levhalarıModern yarı iletken araştırma ve üretiminde, özellikle güç elektroniği, yüksek frekanslı cihazlar ve sert çevre uygulamaları için temel taş malzemeler haline geldiler.Geleneksel silikonla karşılaştırıldığındaSiC, daha geniş bir bant boşluğu, daha yüksek parçalanma elektrik alanı, üstün ısı iletkenliği ve mükemmel kimyasal istikrar sağlar.Bu içsel avantajlar, SiC'yi elektrikli araçlardan ve yenilenebilir enerji sistemlerinden havacılık ve gelişmiş endüstriyel elektroniğe kadar değişen uygulamalarda vazgeçilmez kılar..

Bununla birlikte, tüm SiC levhaları eşit yaratılmamıştır. SiC wafer sınıfı kritik bir karardır. Uygun olmayan bir sınıf, güvenilmez deneysel sonuçlara, düşük cihaz verimine veya gereksiz maliyetlere yol açabilir.SiC levha sınıflarını anlamak ve yarı iletken laboratuvarınız için doğru olanı seçmek için uygulama odaklı rehber.

1. SiC Politiplerini Anlamak ve İlişkileri

Bir SiC wafer seçme ilk adımı anlamakçok tipler, kristal ızgara içinde Si ̊C iki katmanının farklı yığılma dizilerini tanımlar. 200'den fazla SiC politipi varken, sadece birkaçı yarı iletken uygulamaları için geçerlidir.

1.1 4H-SiC

4H-SiC, yarı iletken araştırma ve üretiminde en yaygın olarak kullanılan politiptir.

• Yüksek elektron hareketliliği

• Geniş bir bant boşluğu (~ 3.26 eV)

• Güçlü elektrik alanı toleransı

Bu özellikler 4H-SiC'yi ideal hale getiriyor.güç MOSFET'leri, Schottky diyotları ve yüksek voltajlı cihazlarÇoğu akademik ve endüstriyel laboratuvar, olgun ekosisteminden dolayı bu politipe odaklanır.

1.2 6H-SiC

6H-SiC, tarihsel olarak erken araştırmalarda kullanıldı, ancak büyük ölçüde 4H-SiC ile değiştirildi.

• Elektron hareketliliğinin azalması

• Elektriksel özelliklerde daha büyük anisotropy

Bugün, 6H-SiC esas olarakmiras çalışmaları, malzeme bilimi araştırmaları veya karşılaştırmalı deneyler.

1.3 Yarı yalıtımlı SiC

Yarım yalıtımlı SiC levhaları (genellikle vanadyum dopulu) öncelikleRF ve mikrodalga cihazlarıBu levhalar, yüksek frekanslı performanslara odaklanan bileşik yarı iletken laboratuvarlarında yaygındır.

2İletişimsellik Tipi ve Doping Seviyesi

SiC levhaları tipik olarak şu şekilde sınıflandırılır:iletkenlik tipivedopant konsantrasyonu, her ikisi de cihazın davranışını doğrudan etkiler.

2.1 N tipi SiC vafeleri

N-tip vafeleri genellikle nitrojenle dopedilmektedir ve aşağıdakiler için en yaygın seçimdir:

• Güç elektronik araştırmaları

• Dikey cihaz yapıları

• Epitaxial büyüme çalışmaları

Cihaz üretimi üzerinde çalışan laboratuvarlar için hafif doped n-tip substratlar genellikle kontrol edilen epitaksyal katman büyümesini destekledikleri için tercih edilir.

2.2 P Tipi SiC Waferleri

Tipik olarak alüminyum veya borla dopedilen P-tipi pliteler daha az yaygındır ve daha pahalıdır.

• Çapraz oluşum çalışmaları

• Uzman cihaz araştırması

SiC'de p-tip doping daha zor olduğundan, bu levhalar genellikle rutin laboratuvar kullanımı yerine hedeflenmiş deneyler için ayrılmıştır.

2.3 Dirençlilik Konusları

Direnç aralıkları<0,02 Ω·cm'den >105 Ω·cm'e kadarÇoğu yarı iletken laboratuvarı için:

• Düşük-orta dirençli levhalar güç cihazı geliştirme için uygundur

• Yüksek dirençli veya yarı yalıtımlı levhalar RF ve izolasyon hassas deneyler için kritiktir

Yanlış direnç seçimi ölçüm doğruluğunu veya cihaz yalıtımını tehlikeye atabilir.

3Wafer Sınıfı Sınıflandırması: Araştırma vs. Cihaz Sınıfı

SiC levhaları genellikle şu şekilde sınıflandırılır:sınıfı, kristal kalitesini, kusur yoğunluğunu ve yüzey durumunu yansıtır.

3.1 Araştırma Derecesi

Araştırma derecesi waferler tipik olarak şunları içerir:

• Daha yüksek mikro boru ve dislokasyon yoğunlukları

• Yüzey kabalığı ve yay için daha gevşek özellikler

Bunlar aşağıdakiler için uygundur:

• Süreç geliştirme

• Malzeme karakterifikasyonu

• Başlangıç aşamasındaki uygulanabilirlik çalışmaları

Üniversite laboratuvarları veya keşifsel araştırmalar için, araştırma derecesinde vafeler temel anlayışları tehlikeye atmadan maliyetli bir çözüm sunar.

3.2 Cihaz sınıfı

Cihaz sınıfı levhalar daha sıkı kontroller altında üretilir ve şunları sunar:

• Düşük kusur yoğunluğu

• Sıkı kalınlık ve düzlük toleransları

• Yüksek yüzey cila kalitesi

Bu levhalar şunlar için gereklidir:

• Cihaz prototipleme

• Üretime duyarlı deneyler

• Güvenilirlik ve ömür boyu test

Cihaz düzeyinde performans verilerini yayınlamayı veya teknolojiyi endüstri ortaklarına aktarmayı amaçlayan laboratuvarlar tipik olarak cihaz düzeyinde substrat gerektirir.

4Kusurlar ve Kristal Kalite: Laboratuvarda Gerçekten Önemli Olanlar

Silikonun aksine, SiC büyümesi doğal olarak karmaşıktır ve cihaz performansını etkileyebilecek çeşitli kristal kusurlarına yol açar.

4.1 Mikropipler

Mikropipler, özellikle yüksek voltajlı uygulamalarda, devasa cihaz arızalarına neden olabilecek boş çekirdek kusurlarıdır.Güç cihazları geliştiren laboratuvarlar her zaman belirlemelidir.sıfır veya sıfıra yakın mikro boru levhaları.

4.2 Değişiklikler (TSB, BPD)

İpeklenme vida dislokasyonları (TSD'ler) ve bazal düzlem dislokasyonları (BPD'ler) aşağıdakileri bozabilir:

• Taşıyıcı ömrü

• Çökme voltajı

• Uzun vadeli güvenilirlik

Malzeme araştırması için, daha yüksek dislokasyon yoğunlukları kabul edilebilir.

5Wafer çapı ve kalınlığı: Eşleşen ekipman kapasiteleri

SiC levhaları, yaygın olarak çoklu çaplarda mevcuttur.100 mm, 150 mm ve 200 mm (8 inç), 300 mm'nin hala büyük ölçüde deneysel olduğu belirtildi.

• Daha küçük çaplarEski ekipmanları veya sınırlı bütçeleri olan laboratuvarlar için uygundur.

• Daha büyük çaplarendüstriyel koşulları daha iyi yansıtır ancak gelişmiş işleme, litografi ve metroloji araçları gerektirir.

Kalınlık seçimi de önemlidir:

• Daha kalın levhalar mekanik istikrarını artırır

• Daha ince levhalar ısı direncini azaltır, ancak kırılma riskini arttırır

Laboratuvarlar her zaman wafer özelliklerini mevcut süreç araçları ve işleme deneyimiyle uyumlu hale getirmelidir.

6Yüzeyi bitirme ve yönlendirme

6.1 Yüzey cilalama

Seçenekler tipik olarak şunları içerir:

• Tek taraflı cilalı (SSP)

• Çift taraflı cilalı (DSP)

DSP levhaları:

• Optik inceleme

• Yüksek hassasiyetli litografi

• Bağlama veya gelişmiş ambalaj araştırması

6.2 Eksen dışı yönelim

Çoğu epitaksiyel büyüme süreciEksi dışı levhalar(genellikle 4 ° kesik) politip dahillerini bastırmak için.

7Maliyet ve Araştırma Hedefleri: Pratik Bir Çerçeve

Doğru SiC wafer sınıfını seçmek nihayetindeBilimsel hedefler ve bütçe kısıtlamaları:

• Temel araştırma→ Araştırma derecesi, daha küçük çap, orta derecede kusur yoğunluğu

• Süreç geliştirme→ Kontrollü yönelim ve dirençli orta kaliteli levhalar

• Cihazların performans çalışmaları→ Cihaz sınıfı, düşük kusur yoğunluğu, endüstri standardı çapları

Alışverişden önce deneysel hedeflerin net bir şekilde tanımlanması, israf edilen kaynakları önemli ölçüde azaltabilir.

Sonuçlar

Bir yarı iletken laboratuvarı için doğru SiC wafer sınıfını seçmek tek boyutlu bir karar değil.ve araştırma hedefleriLaboratuvarlar, politip, doping, sınıf, kusur yoğunluğu ve wafer geometrisini dikkatlice değerlendirerek hem deney sonuçlarını hem de maliyet verimliliğini optimize edebilirler.

SiC teknolojisi olgunlaşmaya ve daha büyük wafer formatlarına ve yeni uygulamalara genişlemeye devam ettikçe, bilgilendirilmiş malzeme seçimi, araştırmacılar ve mühendisler için temel bir beceri olarak kalacaktır.