SiCOI doštička 4-palcová 6-palcová HPSI SiC SiO2 Si subátová štruktúra

Stručný popis:

Tento článok predstavuje podrobný prehľad doštičiek z karbidu kremíka na izolátore (SiCOI), pričom sa zameriava najmä na 4-palcové a 6-palcové substráty s vysoko čistými poloizolačnými (HPSI) vrstvami karbidu kremíka (SiC) naviazanými na izolačné vrstvy oxidu kremičitého (SiO₂) na kremíkových (Si) substrátoch. Štruktúra SiCOI kombinuje výnimočné elektrické, tepelné a mechanické vlastnosti SiC s výhodami elektrickej izolácie oxidovej vrstvy a mechanickej podpory kremíkového substrátu. Využitie HPSI SiC zvyšuje výkon zariadenia minimalizáciou vodivosti substrátu a znížením parazitných strát, vďaka čomu sú tieto doštičky ideálne pre polovodičové aplikácie s vysokým výkonom, vysokou frekvenciou a vysokou teplotou. Diskutuje sa o výrobnom procese, materiálových vlastnostiach a štrukturálnych výhodách tejto viacvrstvovej konfigurácie s dôrazom na jej význam pre výkonovú elektroniku a mikroelektromechanické systémy (MEMS) novej generácie. Štúdia tiež porovnáva vlastnosti a potenciálne aplikácie 4-palcových a 6-palcových doštičiek SiCOI, pričom zdôrazňuje škálovateľnosť a perspektívy integrácie pre pokročilé polovodičové zariadenia.

Pošlite nám e-mail

Funkcie

Štruktúra SiCOI doštičky

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) a SOD (Silicon-on-Diamond alebo Silicon-on-Insulator-like technology). Zahŕňa:

Metriky výkonnosti:

Uvádza parametre, ako je presnosť, typy chýb (napr. „Žiadna chyba“, „Vzdialenosť hodnôt“) a merania hrúbky (napr. „Hrúbka priamej vrstvy/kg“).

Tabuľka s číselnými hodnotami (prípadne experimentálnymi alebo procesnými parametrami) pod nadpismi ako „ADDR/SYGBDT“, „10/0“ atď.

Údaje o hrúbke vrstvy:

Rozsiahle opakujúce sa položky označené ako „Hrúbka L1 (A)“ až „Hrúbka L270 (A)“ (pravdepodobne v Ångströmoch, 1 Å = 0,1 nm).

Navrhuje viacvrstvovú štruktúru s presnou reguláciou hrúbky každej vrstvy, čo je typické pre pokročilé polovodičové doštičky.

Štruktúra SiCOI doštičky

SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) je špecializovaná štruktúra doštičky kombinujúca karbid kremíka (SiC) s izolačnou vrstvou, podobná SOI (Silicon-on-Insulator), ale optimalizovaná pre aplikácie s vysokým výkonom/vysokými teplotami. Kľúčové vlastnosti:

Zloženie vrstvy:

Vrchná vrstva: Monokryštálový karbid kremíka (SiC) pre vysokú mobilitu elektrónov a tepelnú stabilitu.

Zakopaný izolant: Typicky SiO₂ (oxid) alebo diamant (v SOD) na zníženie parazitnej kapacity a zlepšenie izolácie.

Základný substrát: Kremík alebo polykryštalický SiC pre mechanickú podporu

Vlastnosti SiCOI doštičiek

Elektrické vlastnosti Široké pásmové zakázané pásmo (3,2 eV pre 4H-SiC): Umožňuje vysoké prierazné napätie (> 10× vyššie ako kremík). Znižuje zvodové prúdy, čím zlepšuje účinnosť výkonových zariadení.

Vysoká mobilita elektrónov:~900 cm²/V·s (4H-SiC) oproti ~1 400 cm²/V·s (Si), ale lepší výkon vo vysokom poli.

Nízky odpor pri zapnutí:Tranzistory na báze SiCOI (napr. MOSFETy) vykazujú nižšie straty vodivosti.

Vynikajúca izolácia:Vrstva zapusteného oxidu (SiO₂) alebo diamantu minimalizuje parazitnú kapacitu a presluchy.

Tepelné vlastnostiVysoká tepelná vodivosť: SiC (~490 W/m·K pre 4H-SiC) v porovnaní s Si (~150 W/m·K). Diamant (ak sa použije ako izolant) môže prekročiť 2 000 W/m·K, čo zvyšuje odvod tepla.

Tepelná stabilita:Spoľahlivo funguje pri teplotách >300 °C (oproti ~150 °C pre kremík). Znižuje požiadavky na chladenie vo výkonovej elektronike.

3. Mechanické a chemické vlastnostiExtrémna tvrdosť (~9,5 Mohs): Odoláva opotrebovaniu, vďaka čomu je SiCOI odolný v náročných podmienkach.

Chemická inertnosť:Odoláva oxidácii a korózii, a to aj v kyslých/alkalických podmienkach.

Nízka tepelná rozťažnosť:Dobre sa hodí k iným vysokoteplotným materiálom (napr. GaN).

4. Štrukturálne výhody (oproti objemovému SiC alebo SOI)

Znížené straty substrátu:Izolačná vrstva zabraňuje úniku prúdu do substrátu.

Vylepšený výkon rádiofrekvenčného signálu:Nižšia parazitná kapacita umožňuje rýchlejšie prepínanie (užitočné pre zariadenia 5G/mmWave).

Flexibilný dizajn:Tenká vrchná vrstva SiC umožňuje optimalizované škálovanie zariadení (napr. ultratenké kanály v tranzistoroch).

Porovnanie so SOI a objemovým SiC

Nehnuteľnosť	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	Hromadný SiC
pásmová medzera	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Tepelná vodivosť	Vysoká (SiC + diamant)	Nízka (SiO₂ obmedzuje tok tepla)	Vysoká (iba SiC)
Prierazné napätie	Veľmi vysoká	Mierne	Veľmi vysoká
Cena	Vyššia	Nižšie	Najvyššia (čistý SiC)

Aplikácie SiCOI doštičiek

Výkonová elektronika
Doštičky SiCOI sa široko používajú vo vysokonapäťových a výkonných polovodičových zariadeniach, ako sú MOSFETy, Schottkyho diódy a výkonové spínače. Široká zakázaná pásma a vysoké prierazné napätie SiC umožňujú efektívnu konverziu energie so zníženými stratami a zlepšeným tepelným výkonom.

Rádiofrekvenčné (RF) zariadenia
Izolačná vrstva v SiCOI doštičkách znižuje parazitnú kapacitu, vďaka čomu sú vhodné pre vysokofrekvenčné tranzistory a zosilňovače používané v telekomunikáciách, radare a 5G technológiách.

Mikroelektromechanické systémy (MEMS)
Doštičky SiCOI poskytujú robustnú platformu na výrobu MEMS senzorov a akčných členov, ktoré spoľahlivo fungujú v náročných prostrediach vďaka chemickej inertnosti a mechanickej pevnosti SiC.

Elektronika pre vysoké teploty
SiCOI umožňuje elektronike zachovať si výkon a spoľahlivosť pri zvýšených teplotách, čo je prospešné pre automobilový, letecký a priemyselný priemysel, kde zlyhávajú konvenčné kremíkové zariadenia.

Fotonické a optoelektronické zariadenia
Kombinácia optických vlastností SiC a izolačnej vrstvy uľahčuje integráciu fotonických obvodov so zlepšeným tepelným manažmentom.

Radiačne odolná elektronika
Vďaka inherentnej radiačnej tolerancii SiC sú SiCOI doštičky ideálne pre vesmírne a jadrové aplikácie vyžadujúce zariadenia, ktoré odolávajú prostrediu s vysokým žiarením.

Otázky a odpovede ohľadom SiCOI doštičiek

Otázka 1: Čo je to SiCOI doštička?

A: SiCOI je skratka pre Silicon Carbide-on-Insulator (karbid kremíka na izolátore). Ide o polovodičovú štruktúru doštičky, kde je tenká vrstva karbidu kremíka (SiC) naviazaná na izolačnú vrstvu (zvyčajne oxid kremičitý, SiO₂), ktorá je podopretá kremíkovým substrátom. Táto štruktúra kombinuje vynikajúce vlastnosti SiC s elektrickou izoláciou od izolátora.

Otázka 2: Aké sú hlavné výhody SiCOI doštičiek?

A: Medzi hlavné výhody patrí vysoké prierazné napätie, široká zakázaná pásma, vynikajúca tepelná vodivosť, vynikajúca mechanická tvrdosť a znížená parazitná kapacita vďaka izolačnej vrstve. To vedie k zlepšenému výkonu, účinnosti a spoľahlivosti zariadenia.

Otázka 3: Aké sú typické aplikácie SiCOI doštičiek?

A: Používajú sa vo výkonovej elektronike, vysokofrekvenčných RF zariadeniach, MEMS senzoroch, vysokoteplotnej elektronike, fotonických zariadeniach a radiačne odolnej elektronike.