Tấm wafer SICOI (Silicon Carbide trên chất cách điện) Phim SiC TRÊN Silicon
Sơ đồ chi tiết
Giới thiệu về Silicon Carbide trên các tấm wafer cách điện (SICOI)
Tấm wafer Silicon Carbide trên lớp cách điện (SICOI) là nền bán dẫn thế hệ mới tích hợp các đặc tính vật lý và điện tử vượt trội của silicon carbide (SiC) với các đặc tính cách điện vượt trội của lớp đệm cách điện, chẳng hạn như silicon dioxide (SiO₂) hoặc silicon nitride (Si₃N₄). Một tấm wafer SICOI điển hình bao gồm một lớp SiC epitaxy mỏng, một màng cách điện trung gian và một đế nền hỗ trợ, có thể là silicon hoặc SiC.
Cấu trúc lai này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các thiết bị điện tử công suất cao, tần số cao và nhiệt độ cao. Bằng cách tích hợp một lớp cách điện, wafer SICOI giảm thiểu điện dung ký sinh và ngăn chặn dòng điện rò rỉ, do đó đảm bảo tần số hoạt động cao hơn, hiệu suất tốt hơn và khả năng quản lý nhiệt được cải thiện. Những lợi ích này khiến chúng trở nên vô cùng giá trị trong các lĩnh vực như xe điện, cơ sở hạ tầng viễn thông 5G, hệ thống hàng không vũ trụ, thiết bị điện tử RF tiên tiến và công nghệ cảm biến MEMS.
Nguyên lý sản xuất wafer SICOI
Tấm wafer SICOI (Silicon Carbide trên chất cách điện) được sản xuất thông qua quy trình tiên tiếnquá trình liên kết và làm mỏng wafer:
-
Sự phát triển của chất nền SiC– Một tấm wafer SiC đơn tinh thể chất lượng cao (4H/6H) được chuẩn bị làm vật liệu cho.
-
Lắng đọng lớp cách điện– Một lớp màng cách điện (SiO₂ hoặc Si₃N₄) được hình thành trên tấm wafer mang (Si hoặc SiC).
-
Liên kết wafer– Tấm wafer SiC và tấm wafer mang được liên kết với nhau dưới sự hỗ trợ của nhiệt độ cao hoặc plasma.
-
Pha loãng & Đánh bóng– Tấm wafer SiC được làm mỏng xuống còn vài micromet và được đánh bóng để đạt được bề mặt nhẵn mịn ở cấp độ nguyên tử.
-
Kiểm tra cuối cùng– Tấm wafer SICOI hoàn thiện được kiểm tra về độ đồng đều về độ dày, độ nhám bề mặt và hiệu suất cách điện.
Thông qua quá trình này, mộtlớp SiC hoạt tính mỏngvới các tính chất điện và nhiệt tuyệt vời được kết hợp với màng cách điện và chất nền hỗ trợ, tạo ra nền tảng hiệu suất cao cho các thiết bị điện và RF thế hệ tiếp theo.
Ưu điểm chính của wafer SICOI
| Danh mục tính năng | Đặc điểm kỹ thuật | Lợi ích cốt lõi |
|---|---|---|
| Cấu trúc vật liệu | Lớp hoạt tính 4H/6H-SiC + màng cách điện (SiO₂/Si₃N₄) + chất mang Si hoặc SiC | Đạt được khả năng cách điện mạnh mẽ, giảm nhiễu ký sinh |
| Tính chất điện | Cường độ đánh thủng cao (>3 MV/cm), tổn thất điện môi thấp | Được tối ưu hóa cho hoạt động điện áp cao và tần số cao |
| Tính chất nhiệt | Độ dẫn nhiệt lên đến 4,9 W/cm·K, ổn định ở nhiệt độ trên 500°C | Tản nhiệt hiệu quả, hiệu suất tuyệt vời dưới tải nhiệt khắc nghiệt |
| Tính chất cơ học | Độ cứng cực cao (Mohs 9,5), hệ số giãn nở nhiệt thấp | Chịu được áp lực mạnh mẽ, tăng tuổi thọ thiết bị |
| Chất lượng bề mặt | Bề mặt siêu mịn (Ra <0,2 nm) | Thúc đẩy quá trình epitaxy không có khuyết tật và chế tạo thiết bị đáng tin cậy |
| Cách nhiệt | Điện trở suất >10¹⁴ Ω·cm, dòng rò rỉ thấp | Hoạt động đáng tin cậy trong các ứng dụng cách ly RF và điện áp cao |
| Kích thước & Tùy chỉnh | Có sẵn ở các định dạng 4, 6 và 8 inch; Độ dày SiC 1–100 μm; cách điện 0,1–10 μm | Thiết kế linh hoạt cho các yêu cầu ứng dụng khác nhau |
Các lĩnh vực ứng dụng cốt lõi
| Ngành ứng dụng | Các trường hợp sử dụng điển hình | Ưu điểm về hiệu suất |
|---|---|---|
| Điện tử công suất | Biến tần EV, trạm sạc, thiết bị điện công nghiệp | Điện áp đánh thủng cao, giảm tổn thất chuyển mạch |
| RF và 5G | Bộ khuếch đại công suất trạm gốc, các thành phần sóng milimet | Ít ký sinh, hỗ trợ hoạt động ở dải tần GHz |
| Cảm biến MEMS | Cảm biến áp suất môi trường khắc nghiệt, MEMS cấp điều hướng | Độ ổn định nhiệt cao, chống bức xạ |
| Hàng không vũ trụ và Quốc phòng | Truyền thông vệ tinh, mô-đun nguồn điện tử hàng không | Độ tin cậy trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt và tiếp xúc với bức xạ |
| Lưới điện thông minh | Bộ chuyển đổi HVDC, máy cắt mạch bán dẫn | Độ cách điện cao giúp giảm thiểu tổn thất điện năng |
| Quang điện tử | Đèn LED UV, vật liệu nền laser | Chất lượng tinh thể cao hỗ trợ phát xạ ánh sáng hiệu quả |
Chế tạo 4H-SiCOI
Việc sản xuất các tấm wafer 4H-SiCOI đạt được thông quaquá trình liên kết và làm mỏng wafer, cho phép tạo ra các giao diện cách điện chất lượng cao và các lớp hoạt động SiC không có khuyết tật.
-
a: Sơ đồ chế tạo nền tảng vật liệu 4H-SiCOI.
-
b: Hình ảnh của một tấm wafer 4H-SiCOI 4 inch sử dụng liên kết và làm mỏng; các vùng khuyết tật được đánh dấu.
-
c: Đặc tính đồng nhất về độ dày của chất nền 4H-SiCOI.
-
d: Hình ảnh quang học của khuôn 4H-SiCOI.
-
e: Quy trình chế tạo bộ cộng hưởng đĩa vi mô SiC.
-
f: SEM của bộ cộng hưởng đĩa vi mô hoàn chỉnh.
-
g: SEM phóng to cho thấy thành bên của bộ cộng hưởng; ảnh chèn AFM mô tả độ mịn bề mặt ở thang nano.
-
h: SEM mặt cắt ngang minh họa bề mặt trên hình parabol.
Câu hỏi thường gặp về SICOI Wafers
Câu hỏi 1: Tấm wafer SICOI có những ưu điểm gì so với tấm wafer SiC truyền thống?
A1: Không giống như các tấm nền SiC tiêu chuẩn, tấm wafer SICOI bao gồm một lớp cách điện giúp giảm điện dung ký sinh và dòng điện rò rỉ, mang lại hiệu suất cao hơn, đáp ứng tần số tốt hơn và hiệu suất nhiệt vượt trội.
Câu hỏi 2: Kích thước wafer thường có là bao nhiêu?
A2: Các tấm wafer SICOI thường được sản xuất theo kích thước 4 inch, 6 inch và 8 inch, với độ dày lớp SiC và lớp cách điện tùy chỉnh tùy theo yêu cầu của thiết bị.
Câu hỏi 3: Ngành công nghiệp nào được hưởng lợi nhiều nhất từ tấm wafer SICOI?
A3: Các ngành công nghiệp chính bao gồm điện tử công suất cho xe điện, điện tử RF cho mạng 5G, MEMS cho cảm biến hàng không vũ trụ và quang điện tử như đèn LED UV.
Câu 4: Lớp cách điện cải thiện hiệu suất của thiết bị như thế nào?
A4: Lớp màng cách điện (SiO₂ hoặc Si₃N₄) ngăn ngừa rò rỉ dòng điện và giảm nhiễu điện, cho phép chịu được điện áp cao hơn, chuyển mạch hiệu quả hơn và giảm thất thoát nhiệt.
Q5: Tấm wafer SICOI có phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao không?
A5: Có, với độ dẫn nhiệt cao và khả năng chịu nhiệt trên 500°C, tấm wafer SICOI được thiết kế để hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện nhiệt độ cực cao và môi trường khắc nghiệt.
Q6: Có thể tùy chỉnh wafer SICOI không?
A6: Chắc chắn rồi. Các nhà sản xuất cung cấp các thiết kế phù hợp với độ dày, mức độ pha tạp và sự kết hợp chất nền cụ thể để đáp ứng các nhu cầu nghiên cứu và công nghiệp đa dạng.
