Δομή υποστρώματος SiCOI 4 ιντσών 6 ιντσών HPSI SiC SiO2 Si

Σύντομη Περιγραφή:

Αυτή η εργασία παρουσιάζει μια λεπτομερή επισκόπηση των πλακιδίων SiCOI (Silicon Carbide-on-Insulator), εστιάζοντας συγκεκριμένα σε υποστρώματα 4 ιντσών και 6 ιντσών που διαθέτουν ημιμονωτικά (HPSI) στρώματα καρβιδίου του πυριτίου (SiC) υψηλής καθαρότητας συνδεδεμένα σε μονωτικά στρώματα διοξειδίου του πυριτίου (SiO₂) πάνω σε υποστρώματα πυριτίου (Si). Η δομή SiCOI συνδυάζει τις εξαιρετικές ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές ιδιότητες του SiC με τα πλεονεκτήματα ηλεκτρικής απομόνωσης του στρώματος οξειδίου και τη μηχανική υποστήριξη του υποστρώματος πυριτίου. Η χρήση του HPSI SiC βελτιώνει την απόδοση της συσκευής ελαχιστοποιώντας την αγωγιμότητα του υποστρώματος και μειώνοντας τις παρασιτικές απώλειες, καθιστώντας αυτά τα πλακίδια ιδανικά για εφαρμογές ημιαγωγών υψηλής ισχύος, υψηλής συχνότητας και υψηλής θερμοκρασίας. Συζητείται η διαδικασία κατασκευής, τα χαρακτηριστικά των υλικών και τα δομικά πλεονεκτήματα αυτής της πολυστρωματικής διαμόρφωσης, τονίζοντας τη σημασία της για τα ηλεκτρονικά ισχύος επόμενης γενιάς και τα μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS). Η μελέτη συγκρίνει επίσης τις ιδιότητες και τις πιθανές εφαρμογές των πλακιδίων SiCOI 4 ιντσών και 6 ιντσών, επισημαίνοντας τις προοπτικές κλιμάκωσης και ενσωμάτωσης για προηγμένες συσκευές ημιαγωγών.

Στείλτε μας email

Χαρακτηριστικά

Δομή πλακιδίου SiCOI

HPB (Σύνδεση Υψηλής Απόδοσης), BIC (Συνδεδεμένο Ολοκληρωμένο Κύκλωμα) και SOD (Τεχνολογία Silicon-on-Diamond ή Silicon-on-Insulator-like). Περιλαμβάνει:

Μετρήσεις απόδοσης:

Παραθέτει παραμέτρους όπως η ακρίβεια, οι τύποι σφαλμάτων (π.χ., "Χωρίς σφάλμα", "Απόσταση τιμής") και οι μετρήσεις πάχους (π.χ., "Πάχος άμεσης στρώσης/kg").

Ένας πίνακας με αριθμητικές τιμές (πιθανώς πειραματικές ή διεργασιακές παραμέτρους) κάτω από επικεφαλίδες όπως "ADDR/SYGBDT", "10/0" κ.λπ.

Δεδομένα πάχους στρώσης:

Εκτεταμένες επαναλαμβανόμενες καταχωρήσεις με την ένδειξη "Πάχος L1 (A)" έως "Πάχος L270 (A)" (πιθανώς σε Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

Προτείνει μια πολυστρωματική δομή με ακριβή έλεγχο πάχους για κάθε στρώμα, κάτι που είναι τυπικό σε προηγμένες ημιαγωγικές πλακέτες.

Δομή πλακιδίων SiCOI

Το SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) είναι μια εξειδικευμένη δομή πλακιδίων που συνδυάζει καρβίδιο του πυριτίου (SiC) με ένα μονωτικό στρώμα, παρόμοιο με το SOI (Silicon-on-Insulator) αλλά βελτιστοποιημένο για εφαρμογές υψηλής ισχύος/υψηλής θερμοκρασίας. Βασικά χαρακτηριστικά:

Σύνθεση στρώσεων:

Άνω στρώμα: Μονοκρυσταλλικό καρβίδιο του πυριτίου (SiC) για υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και θερμική σταθερότητα.

Θαμμένος μονωτής: Συνήθως SiO₂ (οξείδιο) ή διαμάντι (σε SOD) για τη μείωση της παρασιτικής χωρητικότητας και τη βελτίωση της μόνωσης.

Βασικό υπόστρωμα: Πυρίτιο ή πολυκρυσταλλικό SiC για μηχανική υποστήριξη

Ιδιότητες πλακιδίων SiCOI

Ηλεκτρικές Ιδιότητες Ευρύ ενεργειακό χάσμα (3,2 eV για 4H-SiC): Επιτρέπει υψηλή τάση διάσπασης (>10 φορές υψηλότερη από το πυρίτιο). Μειώνει τα ρεύματα διαρροής, βελτιώνοντας την απόδοση στις συσκευές ισχύος.

Υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων:~900 cm²/V·s (4H-SiC) έναντι ~1.400 cm²/V·s (Si), αλλά καλύτερη απόδοση υψηλού πεδίου.

Χαμηλή αντίσταση:Τα τρανζίστορ που βασίζονται στο SiCOI (π.χ., MOSFET) εμφανίζουν χαμηλότερες απώλειες αγωγιμότητας.

Άριστη μόνωση:Το θαμμένο στρώμα οξειδίου (SiO₂) ή διαμαντιού ελαχιστοποιεί την παρασιτική χωρητικότητα και την αλληλοπαρεμβολή.

Θερμικές ΙδιότητεςΥψηλή Θερμική Αγωγιμότητα: SiC (~490 W/m·K για 4H-SiC) έναντι Si (~150 W/m·K). Το διαμάντι (εάν χρησιμοποιηθεί ως μονωτής) μπορεί να ξεπεράσει τα 2.000 W/m·K, ενισχύοντας την απαγωγή θερμότητας.

Θερμική σταθερότητα:Λειτουργεί αξιόπιστα στους >300°C (έναντι ~150°C για το πυρίτιο). Μειώνει τις απαιτήσεις ψύξης στα ηλεκτρονικά ισχύος.

3. Μηχανικές και Χημικές ΙδιότητεςΕξαιρετική σκληρότητα (~9,5 Mohs): Αντέχει στη φθορά, καθιστώντας το SiCOI ανθεκτικό σε σκληρά περιβάλλοντα.

Χημική αδράνεια:Αντέχει στην οξείδωση και τη διάβρωση, ακόμη και σε όξινες/αλκαλικές συνθήκες.

Χαμηλή θερμική διαστολή:Ταιριάζει καλά με άλλα υλικά υψηλής θερμοκρασίας (π.χ. GaN).

4. Δομικά πλεονεκτήματα (έναντι χύμα SiC ή SOI)

Μειωμένες απώλειες υποστρώματος:Το μονωτικό στρώμα αποτρέπει τη διαρροή ρεύματος στο υπόστρωμα.

Βελτιωμένη απόδοση RF:Η χαμηλότερη παρασιτική χωρητικότητα επιτρέπει ταχύτερη εναλλαγή (χρήσιμη για συσκευές 5G/mmWave).

Ευέλικτη σχεδίαση:Το λεπτό άνω στρώμα SiC επιτρέπει βελτιστοποιημένη κλιμάκωση συσκευών (π.χ., εξαιρετικά λεπτά κανάλια σε τρανζίστορ).

Σύγκριση με SOI & Bulk SiC

Ιδιοκτησία	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	Χύμα SiC
Ζωνικό χάσμα	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Θερμική αγωγιμότητα	Υψηλή (SiC + διαμάντι)	Χαμηλό (το SiO₂ περιορίζει τη ροή θερμότητας)	Υψηλή (μόνο SiC)
Τάση διακοπής	Πολύ Υψηλό	Μέτριος	Πολύ Υψηλό
Κόστος	Υψηλότερο	Χαμηλότερος	Υψηλότερο (καθαρό SiC)

Εφαρμογές πλακιδίων SiCOI

Ηλεκτρονικά Ισχύος
Τα πλακίδια SiCOI χρησιμοποιούνται ευρέως σε ημιαγωγικές συσκευές υψηλής τάσης και ισχύος, όπως MOSFET, διόδους Schottky και διακόπτες ισχύος. Το μεγάλο ενεργειακό χάσμα και η υψηλή τάση διάσπασης του SiC επιτρέπουν την αποτελεσματική μετατροπή ισχύος με μειωμένες απώλειες και βελτιωμένη θερμική απόδοση.

Συσκευές Ραδιοσυχνοτήτων (RF)
Το μονωτικό στρώμα στις πλακέτες SiCOI μειώνει την παρασιτική χωρητικότητα, καθιστώντας τες κατάλληλες για τρανζίστορ και ενισχυτές υψηλής συχνότητας που χρησιμοποιούνται σε τεχνολογίες τηλεπικοινωνιών, ραντάρ και 5G.

Μικροηλεκτρομηχανικά Συστήματα (MEMS)
Τα πλακίδια SiCOI παρέχουν μια ισχυρή πλατφόρμα για την κατασκευή αισθητήρων και ενεργοποιητών MEMS που λειτουργούν αξιόπιστα σε αντίξοα περιβάλλοντα λόγω της χημικής αδράνειας και της μηχανικής αντοχής του SiC.

Ηλεκτρονικά υψηλής θερμοκρασίας
Το SiCOI επιτρέπει την ηλεκτρονική τεχνολογία που διατηρεί την απόδοση και την αξιοπιστία σε υψηλές θερμοκρασίες, ωφελώντας την αυτοκινητοβιομηχανία, την αεροδιαστημική και τις βιομηχανικές εφαρμογές όπου οι συμβατικές συσκευές πυριτίου αποτυγχάνουν.

Φωτονικές και Οπτοηλεκτρονικές Διατάξεις
Ο συνδυασμός των οπτικών ιδιοτήτων του SiC και του μονωτικού στρώματος διευκολύνει την ενσωμάτωση φωτονικών κυκλωμάτων με βελτιωμένη θερμική διαχείριση.

Ηλεκτρονικά ανθεκτικά στην ακτινοβολία
Λόγω της εγγενούς ανοχής στην ακτινοβολία του SiC, τα πλακίδια SiCOI είναι ιδανικά για διαστημικές και πυρηνικές εφαρμογές που απαιτούν συσκευές που αντέχουν σε περιβάλλοντα υψηλής ακτινοβολίας.

Ερωτήσεις και απαντήσεις για τα πλακίδια SiCOI

Ε1: Τι είναι ένα πλακίδιο SiCOI;

Α: Το SiCOI σημαίνει Silicon Carbide-on-Insulator. Πρόκειται για μια ημιαγωγική δομή πλακιδίων όπου ένα λεπτό στρώμα καρβιδίου του πυριτίου (SiC) είναι συγκολλημένο σε ένα μονωτικό στρώμα (συνήθως διοξείδιο του πυριτίου, SiO₂), το οποίο υποστηρίζεται από ένα υπόστρωμα πυριτίου. Αυτή η δομή συνδυάζει τις εξαιρετικές ιδιότητες του SiC με την ηλεκτρική απομόνωση από τον μονωτή.

Ε2: Ποια είναι τα κύρια πλεονεκτήματα των πλακιδίων SiCOI;

Α: Τα κύρια πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν υψηλή τάση διάσπασης, μεγάλο ενεργειακό χάσμα, εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, ανώτερη μηχανική σκληρότητα και μειωμένη παρασιτική χωρητικότητα χάρη στο μονωτικό στρώμα. Αυτό οδηγεί σε βελτιωμένη απόδοση, αποδοτικότητα και αξιοπιστία της συσκευής.

Ε3: Ποιες είναι οι τυπικές εφαρμογές των πλακιδίων SiCOI;

Α: Χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά ισχύος, συσκευές RF υψηλής συχνότητας, αισθητήρες MEMS, ηλεκτρονικά υψηλής θερμοκρασίας, φωτονικές συσκευές και ηλεκτρονικά ανθεκτικά στην ακτινοβολία.