Epitaxialskiva av kiseldioxid (SiC) för kraftkomponenter – 4H-SiC, N-typ, låg defektdensitet
Detaljerat diagram
Introduktion
SiC-epitaxialskivan är kärnan i moderna högpresterande halvledarkomponenter, särskilt de som är konstruerade för hög effekt, högfrekvent drift och högtemperaturdrift. En SiC-epitaxialskiva, en förkortning för Silicon Carbide Epitaxial Wafer, består av ett högkvalitativt, tunt SiC-epitaxiellt lager som odlas ovanpå ett bulk-SiC-substrat. Användningen av SiC-epitaxialskivorteknik expanderar snabbt inom elfordon, smarta nät, förnybara energisystem och flyg- och rymdteknik på grund av dess överlägsna fysikaliska och elektroniska egenskaper jämfört med konventionella kiselbaserade skivor.
Tillverkningsprinciper för SiC epitaxialskivor
Att skapa en epitaxialskiva av SiC kräver en noggrant kontrollerad kemisk ångavsättningsprocess (CVD). Det epitaxiella lagret odlas vanligtvis på ett monokristallint SiC-substrat med hjälp av gaser som silan (SiH₄), propan (C₃H₈) och väte (H₂) vid temperaturer över 1500 °C. Denna epitaxiella tillväxt vid hög temperatur säkerställer utmärkt kristallin inriktning och minimala defekter mellan det epitaxiella lagret och substratet.
Processen omfattar flera viktiga steg:
-
SubstratberedningBaswafern i SiC rengörs och poleras till atomär jämnhet.
-
Tillväxt av hjärt-kärlsjukdomarI en reaktor med hög renhet reagerar gaser och avsätter ett enkristalligt SiC-lager på substratet.
-
DopningskontrollN-typ eller P-typ-dopning introduceras under epitaxi för att uppnå önskade elektriska egenskaper.
-
Inspektion och mätteknikOptisk mikroskopi, AFM och röntgendiffraktion används för att verifiera lagertjocklek, dopningskoncentration och defektdensitet.
Varje epitaxialskiva av SiC övervakas noggrant för att bibehålla snäva toleranser vad gäller tjockleksjämnhet, ytjämnhet och resistivitet. Förmågan att finjustera dessa parametrar är avgörande för högspännings-MOSFET:er, Schottky-dioder och andra kraftkomponenter.
Specifikation
| Parameter | Specifikation |
| Kategorier | Materialvetenskap, enkristallsubstrat |
| Polytyp | 4H |
| Doping | N-typ |
| Diameter | 101 mm |
| Diametertolerans | ± 5 % |
| Tjocklek | 0,35 mm |
| Tjocklekstolerans | ± 5 % |
| Primär plan längd | 22 mm (± 10 %) |
| TTV (Total tjockleksvariation) | ≤10 µm |
| Varp | ≤25 µm |
| FWHM | ≤30 bågsekunder |
| Ytbehandling | Rq ≤0,35 nm |
Tillämpningar av SiC epitaxialskivor
SiC epitaxialwaferprodukter är oumbärliga inom flera sektorer:
-
Elfordon (EV)Epitaxiala waferbaserade SiC-komponenter ökar drivlinans effektivitet och minskar vikten.
-
Förnybar energiAnvänds i växelriktare för sol- och vindkraftsystem.
-
Industriella strömförsörjningarMöjliggör högfrekvent, högtemperaturomkoppling med lägre förluster.
-
Flyg- och försvarsindustrinIdealisk för tuffa miljöer som kräver robusta halvledare.
-
5G-basstationerSiC epitaxiala waferkomponenter stöder högre effekttätheter för RF-applikationer.
SiC epitaxialwafern möjliggör kompakta konstruktioner, snabbare switchning och högre energiomvandlingseffektivitet jämfört med kiselskivor.
Fördelar med SiC epitaxialskivor
SiC epitaxial wafer-teknik erbjuder betydande fördelar:
-
Hög genombrottsspänningTål spänningar upp till 10 gånger högre än Si-wafers.
-
VärmeledningsförmågaSiC epitaxialskivor avleder värme snabbare, vilket gör att enheterna kan arbeta svalare och mer tillförlitligt.
-
Höga växlingshastigheterLägre kopplingsförluster möjliggör högre effektivitet och miniatyrisering.
-
Brett bandgapSäkerställer stabilitet vid högre spänningar och temperaturer.
-
Materialets robusthetSiC är kemiskt inert och mekaniskt starkt, idealiskt för krävande tillämpningar.
Dessa fördelar gör SiC epitaxialwafern till det materialvalet för nästa generations halvledare.
Vanliga frågor: Epitaxialskiva i SiC
F1: Vad är skillnaden mellan en SiC-skiva och en SiC-epitaxiell skiva?
En SiC-wafer avser bulksubstratet, medan en SiC-epitaxiell wafer innefattar ett specialodlat dopat lager som används vid tillverkning av anordningar.
F2: Vilka tjocklekar finns tillgängliga för epitaxiella waferlager i SiC?
Epitaxiella lager varierar vanligtvis från några mikrometer till över 100 μm, beroende på tillämpningskrav.
F3: Är SiC epitaxialskivor lämpliga för miljöer med hög temperatur?
Ja, SiC epitaxialwafer kan fungera i förhållanden över 600 °C och presterar avsevärt bättre än kisel.
F4: Varför är defektdensitet viktig i epitaxialskivor av kiseldioxid (SiC)?
Lägre defektdensitet förbättrar enhetens prestanda och utbyte, särskilt för högspänningstillämpningar.
F5: Finns både epitaxiala SiC-skivor av N-typ och P-typ tillgängliga?
Ja, båda typerna produceras med exakt dopningsgaskontroll under den epitaxiella processen.
F6: Vilka skivstorlekar är standard för epitaxiella SiC-skivor?
Standarddiametrar inkluderar 2 tum, 4 tum, 6 tum och i allt högre grad 8 tum för tillverkning i hög volym.
F7: Hur påverkar SiC epitaxialskivor kostnad och effektivitet?
Även om SiC Epitaxial Wafer initialt är dyrare än kisel, minskar den systemstorleken och effektförlusten, vilket förbättrar den totala kostnadseffektiviteten på lång sikt.
