Wafel SiCOI 4-calowy 6-calowy HPSI SiC SiO2 Struktura podłoża Si

Struktura podłoża SiCOI wafer 4-calowy 6-calowy HPSI SiC SiO2 Si Obraz wyróżniony

Krótki opis:

W niniejszym artykule przedstawiono szczegółowy przegląd płytek SiCOI (węglik krzemu na izolatorze), ze szczególnym uwzględnieniem podłoży 4- i 6-calowych, na których znajdują się warstwy półizolacyjne z węglika krzemu (HPSI) o wysokiej czystości (SiC) naniesione na warstwy izolacyjne z dwutlenku krzemu (SiO₂) na podłoża krzemowe (Si). Struktura SiCOI łączy wyjątkowe właściwości elektryczne, termiczne i mechaniczne SiC z korzyściami izolacji elektrycznej warstwy tlenku i mechanicznym wsparciem podłoża krzemowego. Wykorzystanie HPSI SiC poprawia wydajność urządzenia poprzez minimalizację przewodzenia podłoża i redukcję strat pasożytniczych, co czyni te płytki idealnymi do zastosowań półprzewodnikowych dużej mocy, wysokiej częstotliwości i wysokiej temperatury. Omówiono proces wytwarzania, właściwości materiałów i zalety konstrukcyjne tej wielowarstwowej konfiguracji, podkreślając jej znaczenie dla elektroniki mocy nowej generacji i mikrosystemów elektromechanicznych (MEMS). W badaniu porównano również właściwości i potencjalne zastosowania płytek SiCOI o średnicy 4 i 6 cali, podkreślając perspektywy skalowalności i integracji zaawansowanych urządzeń półprzewodnikowych.

Wyślij do nas e-mail

Cechy

Struktura wafla SiCOI

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) i SOD (technologia krzemu na diamencie lub krzemu na izolatorze). Obejmuje ona:

Wskaźniki wydajności:

Wyświetla parametry takie jak dokładność, typy błędów (np. „Brak błędu”, „Odległość wartości”) i pomiary grubości (np. „Grubość warstwy bezpośredniej/kg”).

Tabela z wartościami liczbowymi (być może parametrami eksperymentalnymi lub procesowymi) pod nagłówkami takimi jak „ADDR/SYGBDT”, „10/0” itd.

Dane dotyczące grubości warstwy:

Obszerne, powtarzające się wpisy oznaczone etykietami „Grubość L1 (A)” do „Grubość L270 (A)” (prawdopodobnie w Ångströmach, 1 Å = 0,1 nm).

Sugeruje strukturę wielowarstwową z precyzyjną kontrolą grubości każdej warstwy, typową dla zaawansowanych płytek półprzewodnikowych.

Struktura płytki SiCOI

SiCOI (węglik krzemu na izolatorze) to specjalistyczna struktura wafla łącząca węglik krzemu (SiC) z warstwą izolacyjną, podobna do SOI (krzem na izolatorze), ale zoptymalizowana do zastosowań o dużej mocy i wysokiej temperaturze. Najważniejsze cechy:

Skład warstw:

Warstwa wierzchnia: monokrystaliczny węglik krzemu (SiC) zapewniający wysoką ruchliwość elektronów i stabilność termiczną.

Izolator zakopany: Zwykle SiO₂ (tlenek) lub diament (w SOD) w celu zmniejszenia pojemności pasożytniczej i poprawy izolacji.

Podłoże bazowe: krzem lub polikrystaliczny SiC jako wsparcie mechaniczne

Właściwości wafli SiCOI

Właściwości elektryczne Szeroki odstęp pasmowy (3,2 eV dla 4H-SiC): Umożliwia uzyskanie wysokiego napięcia przebicia (>10× wyższego niż w przypadku krzemu). Zmniejsza prądy upływowe, zwiększając wydajność urządzeń energetycznych.

Wysoka ruchliwość elektronów:~900 cm²/V·s (4H-SiC) w porównaniu do ~1400 cm²/V·s (Si), ale lepsza wydajność w warunkach dużego pola.

Niska rezystancja włączenia:Tranzystory na bazie SiCOI (np. MOSFET-y) wykazują niższe straty przewodzenia.

Doskonała izolacja:Zakopana warstwa tlenku (SiO₂) lub diamentu minimalizuje pojemność pasożytniczą i przesłuchy.

Właściwości termiczneWysoka przewodność cieplna: SiC (~490 W/m·K dla 4H-SiC) w porównaniu do Si (~150 W/m·K). Diament (jeśli jest stosowany jako izolator) może przekroczyć 2000 W/m·K, co poprawia rozpraszanie ciepła.

Stabilność termiczna:Niezawodna praca w temperaturach >300°C (w porównaniu z ~150°C w przypadku krzemu). Zmniejsza zapotrzebowanie na chłodzenie w urządzeniach elektronicznych dużej mocy.

3. Właściwości mechaniczne i chemiczneEkstremalna twardość (~9,5 w skali Mohsa): odporność na zużycie sprawia, że SiCOI jest wytrzymały na trudne warunki otoczenia.

Obojętność chemiczna:Odporny na utlenianie i korozję, nawet w środowisku kwaśnym/zasadowym.

Niska rozszerzalność cieplna:Dobrze komponuje się z innymi materiałami wysokotemperaturowymi (np. GaN).

4. Zalety strukturalne (w porównaniu z SiC lub SOI)

Zmniejszone straty substratu:Warstwa izolacyjna zapobiega upływowi prądu do podłoża.

Ulepszona wydajność RF:Niższa pojemność pasożytnicza umożliwia szybsze przełączanie (przydatne w przypadku urządzeń 5G/mmWave).

Elastyczna konstrukcja:Cienka wierzchnia warstwa SiC pozwala na zoptymalizowaną skalowalność urządzenia (np. ultracienkie kanały w tranzystorach).

Porównanie z SOI i masowym SiC

Nieruchomość	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	SiC luzem
Przerwa pasmowa	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Przewodność cieplna	Wysoka (SiC + diament)	Niski (SiO₂ ogranicza przepływ ciepła)	Wysoki (tylko SiC)
Napięcie przebicia	Bardzo wysoki	Umiarkowany	Bardzo wysoki
Koszt	Wyższy	Niżej	Najwyższy (czysty SiC)

Zastosowania płytek SiCOI

Elektronika mocy
Płytki SiCOI są szeroko stosowane w urządzeniach półprzewodnikowych wysokiego napięcia i dużej mocy, takich jak tranzystory MOSFET, diody Schottky'ego i przełączniki mocy. Szeroka przerwa energetyczna i wysokie napięcie przebicia SiC umożliwiają wydajną konwersję mocy przy mniejszych stratach i lepszej wydajności cieplnej.

Urządzenia o częstotliwości radiowej (RF)
Warstwa izolacyjna w płytkach SiCOI redukuje pojemność pasożytniczą, dzięki czemu nadają się one do tranzystorów i wzmacniaczy wysokiej częstotliwości stosowanych w telekomunikacji, radarach i technologiach 5G.

Mikrosystemy elektromechaniczne (MEMS)
Płytki SiCOI stanowią solidną platformę do produkcji czujników i siłowników MEMS, które działają niezawodnie w trudnych warunkach dzięki chemicznej obojętności i wytrzymałości mechanicznej SiC.

Elektronika wysokotemperaturowa
Technologia SiCOI umożliwia tworzenie urządzeń elektronicznych, które zachowują wydajność i niezawodność w podwyższonych temperaturach, co jest przydatne w zastosowaniach motoryzacyjnych, lotniczych i przemysłowych, w których konwencjonalne urządzenia krzemowe zawodzą.

Urządzenia fotoniczne i optoelektroniczne
Połączenie właściwości optycznych SiC i warstwy izolacyjnej ułatwia integrację obwodów fotonicznych o ulepszonym zarządzaniu temperaturą.

Elektronika zabezpieczona przed promieniowaniem
Ze względu na naturalną odporność SiC na promieniowanie, wafle SiCOI idealnie nadają się do zastosowań kosmicznych i nuklearnych, w których wymagane są urządzenia odporne na środowiska o wysokim promieniowaniu.

Pytania i odpowiedzi dotyczące płytek SiCOI

P1: Czym jest płytka SiCOI?

A: SiCOI to skrót od Silicon Carbide-on-Insulator (węglik krzemu na izolatorze). Jest to struktura płytki półprzewodnikowej, w której cienka warstwa węglika krzemu (SiC) jest połączona z warstwą izolacyjną (zazwyczaj dwutlenkiem krzemu, SiO₂), która jest osadzona na podłożu krzemowym. Ta struktura łączy doskonałe właściwości SiC z izolacją elektryczną od izolatora.

P2: Jakie są główne zalety płytek SiCOI?

A: Do głównych zalet należą wysokie napięcie przebicia, szeroka przerwa energetyczna, doskonała przewodność cieplna, wyjątkowa twardość mechaniczna oraz zmniejszona pojemność pasożytnicza dzięki warstwie izolacyjnej. Przekłada się to na poprawę wydajności, sprawności i niezawodności urządzenia.

P3: Jakie są typowe zastosowania płytek SiCOI?

A: Stosuje się je w elektronice mocy, urządzeniach RF o wysokiej częstotliwości, czujnikach MEMS, elektronice wysokotemperaturowej, urządzeniach fotonicznych i elektronice odpornej na promieniowanie.