Tấm wafer epitaxial SiC cho thiết bị điện – 4H-SiC, loại N, mật độ khuyết tật thấp
Sơ đồ chi tiết
Giới thiệu
SiC Epitaxial Wafer là cốt lõi của các thiết bị bán dẫn hiệu suất cao hiện đại, đặc biệt là các thiết bị được thiết kế cho các hoạt động công suất cao, tần số cao và nhiệt độ cao. Viết tắt của Silicon Carbide Epitaxial Wafer, SiC Epitaxial Wafer bao gồm một lớp SiC epitaxial mỏng, chất lượng cao được phát triển trên một chất nền SiC khối. Việc sử dụng công nghệ SiC Epitaxial Wafer đang phát triển nhanh chóng trong các phương tiện điện, lưới điện thông minh, hệ thống năng lượng tái tạo và hàng không vũ trụ do các đặc tính vật lý và điện tử vượt trội của nó so với các wafer silicon thông thường.
Nguyên lý chế tạo của wafer epitaxial SiC
Việc tạo ra một tấm SiC Epitaxial đòi hỏi một quy trình lắng đọng hơi hóa học (CVD) được kiểm soát chặt chẽ. Lớp epitaxial thường được phát triển trên một chất nền SiC đơn tinh thể bằng cách sử dụng các loại khí như silane (SiH₄), propane (C₃H₈) và hydro (H₂) ở nhiệt độ vượt quá 1500°C. Sự phát triển epitaxial ở nhiệt độ cao này đảm bảo sự liên kết tinh thể tuyệt vời và các khuyết tật tối thiểu giữa lớp epitaxial và chất nền.
Quá trình này bao gồm một số giai đoạn chính:
-
Chuẩn bị chất nền: Tấm wafer SiC cơ bản được làm sạch và đánh bóng đến độ mịn nguyên tử.
-
Tăng trưởng CVD:Trong lò phản ứng có độ tinh khiết cao, khí phản ứng để lắng đọng lớp SiC tinh thể đơn trên chất nền.
-
Kiểm soát Doping: Việc bổ sung loại N hoặc loại P được thực hiện trong quá trình epitaxy để đạt được các tính chất điện mong muốn.
-
Kiểm tra và Đo lường:Kính hiển vi quang học, AFM và nhiễu xạ tia X được sử dụng để xác minh độ dày lớp, nồng độ tạp chất và mật độ khuyết tật.
Mỗi tấm wafer epitaxial SiC được giám sát cẩn thận để duy trì dung sai chặt chẽ về độ đồng đều độ dày, độ phẳng bề mặt và điện trở suất. Khả năng tinh chỉnh các thông số này là điều cần thiết đối với MOSFET điện áp cao, điốt Schottky và các thiết bị điện khác.
Đặc điểm kỹ thuật
| Tham số | Đặc điểm kỹ thuật |
| Thể loại | Khoa học vật liệu, Chất nền tinh thể đơn |
| Đa dạng | 4H |
| Doping | Loại N |
| Đường kính | 101mm |
| Dung sai đường kính | ± 5% |
| Độ dày | 0,35mm |
| Độ dày dung sai | ± 5% |
| Chiều dài phẳng chính | 22mm (± 10%) |
| TTV (Tổng độ dày thay đổi) | ≤10 µm |
| cong vênh | ≤25 µm |
| FWHM | ≤30 Giây cung |
| Hoàn thiện bề mặt | Rq ≤0,35 nm |
Ứng dụng của SiC Epitaxial Wafer
Các sản phẩm wafer epitaxial SiC không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực:
-
Xe điện (EV): Các thiết bị dựa trên wafer Epitaxial SiC giúp tăng hiệu suất truyền động và giảm trọng lượng.
-
Năng lượng tái tạo: Được sử dụng trong bộ biến tần cho hệ thống điện mặt trời và điện gió.
-
Nguồn điện công nghiệp: Cho phép chuyển mạch tần số cao, nhiệt độ cao với mức tổn thất thấp hơn.
-
Hàng không vũ trụ và quốc phòng: Thích hợp cho môi trường khắc nghiệt đòi hỏi chất bán dẫn mạnh mẽ.
-
Trạm gốc 5G: Các thành phần wafer epitaxial SiC hỗ trợ mật độ công suất cao hơn cho các ứng dụng RF.
Tấm wafer Epitaxial SiC cho phép thiết kế nhỏ gọn, chuyển mạch nhanh hơn và hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với tấm wafer silicon.
Ưu điểm của SiC Epitaxial Wafer
Công nghệ wafer epitaxial SiC mang lại những lợi ích đáng kể:
-
Điện áp đánh thủng cao: Chịu được điện áp cao hơn tới 10 lần so với wafer Si.
-
Độ dẫn nhiệt: Tấm wafer Epitaxial SiC tản nhiệt nhanh hơn, giúp thiết bị chạy mát hơn và đáng tin cậy hơn.
-
Tốc độ chuyển mạch cao: Tổn thất chuyển mạch thấp hơn cho phép hiệu suất cao hơn và thu nhỏ.
-
Khoảng cách băng thông rộng: Đảm bảo sự ổn định ở điện áp và nhiệt độ cao hơn.
-
Độ bền của vật liệu:SiC trơ về mặt hóa học và có độ bền cơ học cao, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Những ưu điểm này khiến SiC Epitaxial Wafer trở thành vật liệu được lựa chọn cho thế hệ chất bán dẫn tiếp theo.
Câu hỏi thường gặp: Tấm wafer epitaxial SiC
Câu hỏi 1: Sự khác biệt giữa wafer SiC và wafer Epitaxial SiC là gì?
Tấm wafer SiC là lớp nền khối, trong khi tấm wafer Epitaxial SiC bao gồm lớp pha tạp được phát triển đặc biệt dùng trong chế tạo thiết bị.
Câu hỏi 2: Có những độ dày nào cho lớp wafer Epitaxial SiC?
Các lớp epitaxial thường có kích thước từ vài micromet đến hơn 100 μm, tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng.
Câu hỏi 3: Tấm wafer Epitaxial SiC có phù hợp với môi trường nhiệt độ cao không?
Có, SiC Epitaxial Wafer có thể hoạt động trong điều kiện trên 600°C, vượt trội hơn đáng kể so với silicon.
Câu hỏi 4: Tại sao mật độ khuyết tật lại quan trọng trong wafer epitaxial SiC?
Mật độ khuyết tật thấp hơn giúp cải thiện hiệu suất và năng suất của thiết bị, đặc biệt là đối với các ứng dụng điện áp cao.
Câu hỏi 5: Có loại wafer epitaxial SiC loại N và loại P không?
Có, cả hai loại đều được sản xuất bằng cách kiểm soát khí pha tạp chính xác trong quá trình epitaxial.
Câu hỏi 6: Kích thước wafer tiêu chuẩn cho wafer Epitaxial SiC là bao nhiêu?
Đường kính tiêu chuẩn bao gồm 2 inch, 4 inch, 6 inch và ngày càng tăng lên 8 inch để sản xuất số lượng lớn.
Câu hỏi 7: Tấm wafer Epitaxial SiC ảnh hưởng đến chi phí và hiệu quả như thế nào?
Mặc dù ban đầu đắt hơn silicon, nhưng SiC Epitaxial Wafer giúp giảm kích thước hệ thống và tổn thất điện năng, cải thiện hiệu quả chi phí tổng thể trong thời gian dài.
