SiCOI-kiekko 4 tuumaa 6 tuumaa HPSI SiC SiO2 Si -substraattirakenne

Lyhyt kuvaus:

Tässä artikkelissa esitetään yksityiskohtainen katsaus piikarbidi-eristeellä (SiCOI) valmistetuihin kiekkoihin, keskittyen erityisesti 4- ja 6-tuumaisiin alustoihin, joissa on erittäin puhtaat puolieristävät (HPSI) piikarbidi- (SiC) kerrokset, jotka on kiinnitetty piidioksidista (SiO₂) valmistetuille eristekerroksille piisubstraattien (Si) päällä. SiCOI-rakenne yhdistää piikarbidin poikkeukselliset sähköiset, lämpö- ja mekaaniset ominaisuudet oksidikerroksen ja piisubstraatin mekaanisen tuen sähköeristyshyötyihin. HPSI-piikarbidin käyttö parantaa laitteen suorituskykyä minimoimalla substraatin johtumisen ja vähentämällä loishäviöitä, mikä tekee näistä kiekoista ihanteellisia suuritehoisiin, korkeataajuisiin ja korkean lämpötilan puolijohdesovelluksiin. Artikkelissa käsitellään tämän monikerroskonfiguraation valmistusprosessia, materiaaliominaisuuksia ja rakenteellisia etuja korostaen sen merkitystä seuraavan sukupolven tehoelektroniikassa ja mikroelektromekaanisissa järjestelmissä (MEMS). Tutkimuksessa vertaillaan myös 4- ja 6-tuumaisten SiCOI-kiekkojen ominaisuuksia ja potentiaalisia sovelluksia korostaen edistyneiden puolijohdelaitteiden skaalautuvuutta ja integrointinäkymiä.

Lähetä meille sähköpostia

Ominaisuudet

SiCOI-kiekon rakenne

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) ja SOD (Silicon-on-Diamond- tai Silicon-on-Insulator-tyyppinen teknologia). Se sisältää:

Suorituskykymittarit:

Listaa parametrit, kuten tarkkuuden, virhetyypit (esim. "Ei virhettä", "Arvoetäisyys") ja paksuusmittaukset (esim. "Suorakerroksen paksuus/kg").

Taulukko, jossa on numeerisia arvoja (mahdollisesti kokeellisia tai prosessiparametreja) otsikoiden, kuten "ADDR/SYGBDT", "10/0" jne., alla.

Kerroksen paksuustiedot:

Laajat toistuvat merkinnät, joissa on merkintä "L1 Paksuus (A)" - "L270 Paksuus (A)" (todennäköisesti Ångströmien paksuus, 1 Å = 0,1 nm).

Ehdottaa monikerroksista rakennetta, jossa jokaisen kerroksen paksuutta voidaan säätää tarkasti, mikä on tyypillistä edistyneille puolijohdekiekoille.

SiCOI-kiekkojen rakenne

SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) on erikoistunut kiekkorakenne, jossa piikarbidi (SiC) yhdistyy eristävään kerrokseen. Se on samanlainen kuin SOI (Silicon-on-Insulator), mutta optimoitu suuritehoisiin/korkean lämpötilan sovelluksiin. Tärkeimmät ominaisuudet:

Kerroksen koostumus:

Pintakerros: Yksikiteinen piikarbidi (SiC), joka takaa suuren elektroniliikkuvuuden ja lämpöstabiilisuuden.

Maahan upotettu eriste: Tyypillisesti SiO₂ (oksidi) tai timantti (SOD:ssa) loiskapasitanssin vähentämiseksi ja eristyksen parantamiseksi.

Pohjamateriaali: Pii tai polykiteinen piikarbidi mekaanista tukea varten

SiCOI-kiekon ominaisuudet

Sähköiset ominaisuudet Laaja kaistavyö (3,2 eV 4H-SiC:lle): Mahdollistaa korkean läpilyöntijännitteen (>10 × korkeampi kuin piillä). Vähentää vuotovirtoja ja parantaa teholaitteiden hyötysuhdetta.

Korkea elektroniliikkuvuus:~900 cm²/V·s (4H-SiC) vs. ~1 400 cm²/V·s (Si), mutta parempi suorituskyky suurilla kentillä.

Alhainen päällekytkentävastus:SiCOI-pohjaisilla transistoreilla (esim. MOSFETeillä) on pienemmät johtumishäviöt.

Erinomainen eristys:Haudattu oksidi (SiO₂) tai timanttikerros minimoi loiskapasitanssin ja ylikuulumisen.

LämpöominaisuudetKorkea lämmönjohtavuus: SiC (~490 W/m·K 4H-SiC:lle) vs. Si (~150 W/m·K). Timantti (jos sitä käytetään eristeenä) voi ylittää 2 000 W/m·K, mikä parantaa lämmönhukkakykyä.

Lämpöstabiilius:Toimii luotettavasti yli 300 °C:ssa (verrattuna piin noin 150 °C:seen). Vähentää tehoelektroniikan jäähdytystarvetta.

3. Mekaaniset ja kemialliset ominaisuudetÄärimmäinen kovuus (~9,5 Mohsin asteikolla): Kestää kulutusta, joten SiCOI on kestävä vaativissa olosuhteissa.

Kemiallinen inerttiys:Kestää hapettumista ja korroosiota jopa happamissa/emäksisissä olosuhteissa.

Alhainen lämpölaajeneminen:Sopii hyvin yhteen muiden korkean lämpötilan materiaalien (esim. GaN) kanssa.

4. Rakenteelliset edut (verrattuna massatuotettuun piikarbidiin tai SOI:hin)

Pienemmät alustan häviöt:Eristävä kerros estää virran vuotamisen alustaan.

Parannettu RF-suorituskyky:Pienempi loiskapasitanssi mahdollistaa nopeamman kytkentäprosessin (hyödyllinen 5G/mmWave-laitteille).

Joustava suunnittelu:Ohut piikarbidipintakerros mahdollistaa laitteiden optimoidun skaalauksen (esim. transistoreiden erittäin ohuet kanavat).

Vertailu SOI:n ja bulkkipiikarbidin kanssa

Kiinteistö	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	Piikarbidin irtotavarana
Kaistanleveys	3,2 eV (piikarbidi)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (piikarbidi)
Lämmönjohtavuus	Korkea (SiC + timantti)	Matala (SiO₂ rajoittaa lämmönvirtausta)	Korkea (vain piikarbidi)
Läpilyöntijännite	Erittäin korkea	Kohtalainen	Erittäin korkea
Maksaa	Korkeampi	Alentaa	Korkein (puhdas piikarbidi)

SiCOI-kiekon sovellukset

Tehoelektroniikka
SiCOI-kiekkoja käytetään laajalti korkeajännitteisissä ja suuritehoisissa puolijohdelaitteissa, kuten MOSFETeissä, Schottky-diodeissa ja tehokytkimissä. Piikarbidin laaja kaistaväli ja korkea läpilyöntijännite mahdollistavat tehokkaan tehonmuunnoksen pienemmillä häviöillä ja paremmalla lämpöominaisuuksilla.

Radiotaajuuslaitteet (RF)
SiCOI-kiekkojen eristävä kerros vähentää loiskapasitanssia, mikä tekee niistä sopivia tietoliikenteessä, tutka- ja 5G-teknologioissa käytettäville korkeataajuisille transistoreille ja vahvistimille.

Mikroelektromekaaniset järjestelmät (MEMS)
SiCOI-kiekot tarjoavat vankan alustan MEMS-antureiden ja -toimilaitteiden valmistukseen, jotka toimivat luotettavasti ankarissa olosuhteissa piikarbidin kemiallisen inertiyden ja mekaanisen lujuuden ansiosta.

Korkean lämpötilan elektroniikka
SiCOI mahdollistaa elektroniikan, joka säilyttää suorituskyvyn ja luotettavuuden korkeissa lämpötiloissa, hyödyttäen auto-, ilmailu- ja teollisuussovelluksia, joissa perinteiset piikomponentit pettävät.

Fotoniset ja optoelektroniset laitteet
Piikarbidin optisten ominaisuuksien ja eristävän kerroksen yhdistelmä helpottaa fotonisten piirien integrointia parannetulla lämmönhallinnalla.

Säteilyä kestävä elektroniikka
Piikarbidin (SiC) luontaisen säteilynsietokyvyn ansiosta SiCOI-kiekot sopivat ihanteellisesti avaruus- ja ydinvoimasovelluksiin, jotka vaativat laitteita, jotka kestävät korkean säteilyn ympäristöjä.

SiCOI-kiekon kysymyksiä ja vastauksia

K1: Mikä on SiCOI-kiekko?

A: SiCOI on lyhenne sanoista Silicon Carbide-on-Insulator. Se on puolijohdekiekkorakenne, jossa ohut piikarbidikerros (SiC) on kiinnitetty eristävään kerrokseen (yleensä piidioksidiin, SiO₂), jota tukee piisubstraatti. Tämä rakenne yhdistää piikarbidin erinomaiset ominaisuudet sähköiseen eristykseen eristeestä.

K2: Mitkä ovat SiCOI-kiekkojen tärkeimmät edut?

A: Tärkeimpiä etuja ovat korkea läpilyöntijännite, laaja energiaväli, erinomainen lämmönjohtavuus, ylivoimainen mekaaninen kovuus ja eristävän kerroksen ansiosta pienempi loiskapasitanssi. Tämä johtaa laitteen parempaan suorituskykyyn, tehokkuuteen ja luotettavuuteen.

K3: Mitkä ovat SiCOI-kiekkojen tyypillisiä käyttötarkoituksia?

A: Niitä käytetään tehoelektroniikassa, korkeataajuisissa radiotaajuuslaitteissa, MEMS-antureissa, korkean lämpötilan elektroniikassa, fotonisissa laitteissa ja säteilyä kestävässä elektroniikassa.