SICOI (kiselkarbid på isolator) wafers SiC-film på kisel
Detaljerat diagram
Introduktion av kiselkarbid på isolatorskivor (SICOI)
Kiselkarbid-på-isolator (SICOI)-skivor är nästa generations halvledarsubstrat som integrerar de överlägsna fysikaliska och elektroniska egenskaperna hos kiselkarbid (SiC) med de enastående elektriska isoleringsegenskaperna hos ett isolerande buffertlager, såsom kiseldioxid (SiO₂) eller kiselnitrid (Si₃N₄). En typisk SICOI-skiva består av ett tunt epitaxiellt SiC-lager, en mellanliggande isolerande film och ett stödjande bassubstrat, som kan vara antingen kisel eller SiC.
Denna hybridstruktur är konstruerad för att möta de stränga kraven från elektroniska enheter med hög effekt, hög frekvens och hög temperatur. Genom att införliva ett isolerande lager minimerar SICOI-wafers parasitisk kapacitans och undertrycker läckströmmar, vilket säkerställer högre driftsfrekvenser, bättre effektivitet och förbättrad värmehantering. Dessa fördelar gör dem mycket värdefulla inom sektorer som elfordon, 5G-telekommunikationsinfrastruktur, flyg- och rymdsystem, avancerad RF-elektronik och MEMS-sensorteknik.
Produktionsprincip för SICOI-wafers
SICOI-skivor (kiselkarbid på isolator) tillverkas genom en avanceradwaferbindning och uttunningsprocess:
-
SiC-substrattillväxt– En högkvalitativ enkristallig SiC-skiva (4H/6H) framställs som donatormaterial.
-
Avsättning av isolerande lager– En isolerande film (SiO₂ eller Si₃N₄) bildas på bärskivan (Si eller SiC).
-
Waferbindning– SiC-skivan och bärarskivan är sammanbundna under hög temperatur eller plasmaassistans.
-
Gallring och polering– SiC-donatorskivan tunnas ner till några mikrometer och poleras för att uppnå en atomärt jämn yta.
-
Slutinspektion– Den färdiga SICOI-wafern testas med avseende på tjockleksjämnhet, ytjämnhet och isoleringsprestanda.
Genom denna process, entunt aktivt SiC-skiktmed utmärkta elektriska och termiska egenskaper kombineras med en isolerande film och ett stödsubstrat, vilket skapar en högpresterande plattform för nästa generations kraft- och RF-enheter.
Viktiga fördelar med SICOI-wafers
| Funktionskategori | Tekniska egenskaper | Kärnfördelar |
|---|---|---|
| Materialstruktur | 4H/6H-SiC aktivt lager + isolerande film (SiO₂/Si₃N₄) + Si- eller SiC-bärare | Uppnår stark elektrisk isolering, minskar parasitstörningar |
| Elektriska egenskaper | Hög genombrottshållfasthet (>3 MV/cm), låg dielektrisk förlust | Optimerad för högspännings- och högfrekvensdrift |
| Termiska egenskaper | Värmeledningsförmåga upp till 4,9 W/cm·K, stabil över 500°C | Effektiv värmeavledning, utmärkt prestanda under hårda termiska belastningar |
| Mekaniska egenskaper | Extrem hårdhet (Mohs 9,5), låg värmeutvidgningskoefficient | Robust mot stress, förlänger enhetens livslängd |
| Ytkvalitet | Ultraslät yta (Ra <0,2 nm) | Främjar defektfri epitaxi och tillförlitlig tillverkning av enheter |
| Isolering | Resistivitet >10¹⁴ Ω·cm, låg läckström | Tillförlitlig drift i RF- och högspänningsisoleringstillämpningar |
| Storlek och anpassning | Finns i 4-, 6- och 8-tumsformat; SiC-tjocklek 1–100 μm; isolering 0,1–10 μm | Flexibel design för olika applikationskrav |
Kärnanvändningsområden
| Tillämpningssektor | Typiska användningsfall | Prestandafördelar |
|---|---|---|
| Kraftelektronik | EV-växelriktare, laddstationer, industriella kraftenheter | Hög genombrottsspänning, minskad brytförlust |
| RF och 5G | Basstationsförstärkare, millimetervågskomponenter | Låg parasitaktivitet, stöder operationer inom GHz-området |
| MEMS-sensorer | Trycksensorer för tuffa miljöer, MEMS av navigationskvalitet | Hög termisk stabilitet, strålningsbeständig |
| Flyg- och försvarsindustrin | Satellitkommunikation, avionikkraftmoduler | Tillförlitlighet i extrema temperaturer och strålningsexponering |
| Smarta elnät | HVDC-omvandlare, halvledarbrytare | Hög isolering minimerar effektförlust |
| Optoelektronik | UV-lysdioder, lasersubstrat | Hög kristallin kvalitet stöder effektiv ljusemission |
Tillverkning av 4H-SiCOI
Produktionen av 4H-SiCOI-wafers uppnås genomwaferbindning och uttunningsprocesser, vilket möjliggör högkvalitativa isolerande gränssnitt och defektfria SiC-aktiva lager.
-
aSchematisk bild av tillverkningen av 4H-SiCOI-materialplattformen.
-
bBild av en 4-tums 4H-SiCOI-wafer med bindning och gallring; defektzoner markerade.
-
cTjockleksuniformitetskarakterisering av 4H-SiCOI-substratet.
-
dOptisk bild av en 4H-SiCOI-matris.
-
eProcessflöde för tillverkning av en SiC-mikrodiskresonator.
-
fSEM för en färdig mikrodiskresonator.
-
gFörstorad SEM som visar resonatorns sidovägg; AFM-infälld bild visar ytjämnhet i nanoskala.
-
hTvärsnitts-SEM som illustrerar parabolformad övre yta.
Vanliga frågor om SICOI-wafers
F1: Vilka fördelar har SICOI-wafers jämfört med traditionella SiC-wafers?
A1: Till skillnad från vanliga SiC-substrat innehåller SICOI-wafers ett isolerande lager som minskar parasitisk kapacitans och läckströmmar, vilket leder till högre effektivitet, bättre frekvensrespons och överlägsen termisk prestanda.
F2: Vilka waferstorlekar finns vanligtvis tillgängliga?
A2: SICOI-wafers tillverkas vanligtvis i 4-tums, 6-tums och 8-tums format, med anpassad SiC- och isoleringsskikttjocklek tillgänglig beroende på enhetens krav.
F3: Vilka industrier gynnas mest av SICOI-wafers?
A3: Viktiga industrier inkluderar kraftelektronik för elfordon, RF-elektronik för 5G-nätverk, MEMS för flyg- och rymdsensorer och optoelektronik som UV-lysdioder.
F4: Hur förbättrar det isolerande lagret enhetens prestanda?
A4: Isoleringsfilmen (SiO₂ eller Si₃N₄) förhindrar strömläckage och minskar elektrisk överhörning, vilket möjliggör högre spänningshålighet, effektivare omkoppling och minskad värmeförlust.
F5: Är SICOI-wafers lämpliga för högtemperaturapplikationer?
A5: Ja, med hög värmeledningsförmåga och motstånd över 500 °C är SICOI-wafers konstruerade för att fungera tillförlitligt under extrem värme och i tuffa miljöer.
F6: Kan SICOI-wafers anpassas?
A6: Absolut. Tillverkare erbjuder skräddarsydda konstruktioner för specifika tjocklekar, dopningsnivåer och substratkombinationer för att möta olika forsknings- och industriella behov.
