SiCOI destička 4 palce 6 palců HPSI SiC SiO2 Si subátrátová struktura

Stručný popis:

Tento článek představuje podrobný přehled destiček karbidu křemíku na izolantu (SiCOI), se zvláštním zaměřením na 4palcové a 6palcové substráty s vysoce čistými poloizolačními (HPSI) vrstvami karbidu křemíku (SiC) navázanými na izolační vrstvy oxidu křemičitého (SiO₂) na křemíkových (Si) substrátech. Struktura SiCOI kombinuje výjimečné elektrické, tepelné a mechanické vlastnosti SiC s výhodami elektrické izolace oxidové vrstvy a mechanické podpory křemíkového substrátu. Využití HPSI SiC zlepšuje výkon zařízení minimalizací vodivosti substrátu a snížením parazitních ztrát, což činí tyto destičky ideálními pro polovodičové aplikace s vysokým výkonem, vysokou frekvencí a vysokou teplotou. Je diskutován výrobní proces, materiálové vlastnosti a strukturální výhody této vícevrstvé konfigurace s důrazem na její relevanci pro výkonovou elektroniku a mikroelektromechanické systémy (MEMS) nové generace. Studie také porovnává vlastnosti a potenciální aplikace 4palcových a 6palcových destiček SiCOI a zdůrazňuje škálovatelnost a integrační vyhlídky pro pokročilé polovodičové součástky.

Pošlete nám e-mail

Funkce

Struktura SiCOI destičky

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) a SOD (Silicon-on-Diamond nebo Silicon-on-Insulator-like technologie). Zahrnuje:

Metriky výkonu:

Uvádí parametry, jako je přesnost, typy chyb (např. „Žádná chyba“, „Vzdálenost hodnot“) a měření tloušťky (např. „Tloušťka přímé vrstvy/kg“).

Tabulka s číselnými hodnotami (případně experimentálními nebo procesními parametry) pod nadpisy jako „ADDR/SYGBDT“, „10/0“ atd.

Údaje o tloušťce vrstvy:

Rozsáhlé opakující se položky označené jako „Tloušťka L1 (A)“ až „Tloušťka L270 (A)“ (pravděpodobně v Ångströmech, 1 Å = 0,1 nm).

Navrhuje vícevrstvou strukturu s přesnou regulací tloušťky každé vrstvy, typickou pro pokročilé polovodičové destičky.

Struktura destičky SiCOI

SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) je specializovaná struktura destičky kombinující karbid křemíku (SiC) s izolační vrstvou, podobná SOI (Silicon-on-Insulator), ale optimalizovaná pro aplikace s vysokým výkonem a vysokými teplotami. Klíčové vlastnosti:

Složení vrstev:

Vrchní vrstva: Monokrystalický karbid křemíku (SiC) pro vysokou mobilitu elektronů a tepelnou stabilitu.

Zakopaný izolant: Typicky SiO₂ (oxid) nebo diamant (v SOD) pro snížení parazitní kapacity a zlepšení izolace.

Základní substrát: Křemík nebo polykrystalický SiC pro mechanickou podporu

Vlastnosti SiCOI destičky

Elektrické vlastnosti Široký pásmový zakázaný pás (3,2 eV pro 4H-SiC): Umožňuje vysoké průrazné napětí (>10× vyšší než u křemíku). Snižuje svodové proudy a zlepšuje účinnost výkonových zařízení.

Vysoká mobilita elektronů:~900 cm²/V·s (4H-SiC) vs. ~1 400 cm²/V·s (Si), ale lepší výkon ve vysokém poli.

Nízký odpor při zapnutí:Tranzistory na bázi SiCOI (např. MOSFETy) vykazují nižší ztráty vedením.

Vynikající izolace:Vrstva zakopaného oxidu (SiO₂) nebo diamantu minimalizuje parazitní kapacitu a přeslechy.

Tepelné vlastnostiVysoká tepelná vodivost: SiC (~490 W/m·K pro 4H-SiC) vs. Si (~150 W/m·K). Diamant (pokud je použit jako izolant) může překročit 2 000 W/m·K, což zvyšuje odvod tepla.

Tepelná stabilita:Spolehlivě pracuje při teplotách >300 °C (oproti ~150 °C u křemíku). Snižuje požadavky na chlazení výkonové elektroniky.

3. Mechanické a chemické vlastnostiExtrémní tvrdost (~9,5 Mohsova stupnice): Odolává opotřebení, díky čemuž je SiCOI odolný i v náročných podmínkách.

Chemická inertnost:Odolává oxidaci a korozi, a to i v kyselých/alkalických podmínkách.

Nízká tepelná roztažnost:Dobře se hodí k dalším vysokoteplotním materiálům (např. GaN).

4. Strukturální výhody (oproti objemovému SiC nebo SOI)

Snížené ztráty substrátu:Izolační vrstva zabraňuje úniku proudu do substrátu.

Vylepšený výkon rádiových vln:Nižší parazitní kapacita umožňuje rychlejší přepínání (užitečné pro zařízení 5G/mmWave).

Flexibilní design:Tenká vrchní vrstva SiC umožňuje optimalizované škálování součástek (např. ultratenké kanály v tranzistorech).

Srovnání se SOI a objemovým SiC

Vlastnictví	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	Objemový SiC
Zakázané pásmo	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Tepelná vodivost	Vysoká (SiC + diamant)	Nízká (SiO₂ omezuje tok tepla)	Vysoká (pouze SiC)
Průrazné napětí	Velmi vysoká	Mírný	Velmi vysoká
Náklady	Vyšší	Spodní	Nejvyšší (čistý SiC)

Aplikace SiCOI destiček

Výkonová elektronika
Destičky SiCOI se široce používají ve vysokonapěťových a výkonných polovodičových součástkách, jako jsou MOSFETy, Schottkyho diody a výkonové spínače. Široká zakázaná pásma a vysoké průrazné napětí SiC umožňují efektivní přeměnu energie se sníženými ztrátami a vylepšeným tepelným výkonem.

Rádiová frekvenční (RF) zařízení
Izolační vrstva v SiCOI destičkách snižuje parazitní kapacitu, díky čemuž jsou vhodné pro vysokofrekvenční tranzistory a zesilovače používané v telekomunikacích, radarech a 5G technologiích.

Mikroelektromechanické systémy (MEMS)
Destičky SiCOI poskytují robustní platformu pro výrobu MEMS senzorů a aktuátorů, které spolehlivě fungují v náročných podmínkách díky chemické inertnostem a mechanické pevnosti SiC.

Vysokoteplotní elektronika
SiCOI umožňuje elektronice zachovat výkon a spolehlivost i při zvýšených teplotách, což prospívá automobilovému, leteckému a průmyslovému průmyslu, kde konvenční křemíkové součástky selhávají.

Fotonické a optoelektronické přístroje
Kombinace optických vlastností SiC a izolační vrstvy usnadňuje integraci fotonických obvodů se zvýšenou tepelnou regulací.

Radiačně odolná elektronika
Vzhledem k inherentní radiační toleranci SiC jsou destičky SiCOI ideální pro vesmírné a jaderné aplikace vyžadující zařízení odolávající prostředí s vysokým zářením.

Otázky a odpovědi k waferům SiCOI

Otázka 1: Co je to SiCOI destička?

A: SiCOI je zkratka pro Silicon Carbide-on-Insulator (karbid křemíku na izolantu). Jedná se o polovodičovou destičkovou strukturu, kde je tenká vrstva karbidu křemíku (SiC) navázána na izolační vrstvu (obvykle oxid křemičitý, SiO₂), která je podepřena křemíkovým substrátem. Tato struktura kombinuje vynikající vlastnosti SiC s elektrickou izolací od izolantu.

Q2: Jaké jsou hlavní výhody SiCOI waferů?

A: Mezi hlavní výhody patří vysoké průrazné napětí, široká zakázaná pásma, vynikající tepelná vodivost, vyšší mechanická tvrdost a snížená parazitní kapacita díky izolační vrstvě. To vede ke zlepšení výkonu, účinnosti a spolehlivosti zařízení.

Q3: Jaké jsou typické aplikace SiCOI destiček?

A: Používají se ve výkonové elektronice, vysokofrekvenčních RF zařízeních, MEMS senzorech, vysokoteplotní elektronice, fotonických zařízeních a radiačně odolné elektronice.