SiCOI wafer 4 inch 6 inch HPSI SiC SiO2 Cấu trúc chất nền Si

Tấm wafer SiCOI 4 inch 6 inch HPSI SiC SiO2 Cấu trúc chất nền Si Hình ảnh nổi bật

Mô tả ngắn gọn:

Bài báo này trình bày tổng quan chi tiết về các tấm wafer Silicon Carbide-on-Insulator (SiCOI), đặc biệt tập trung vào các tấm nền 4 inch và 6 inch có lớp silicon carbide (SiC) bán cách điện (HPSI) có độ tinh khiết cao được liên kết trên các lớp cách điện silicon dioxide (SiO₂) trên các tấm nền silicon (Si). Cấu trúc SiCOI kết hợp các đặc tính điện, nhiệt và cơ học đặc biệt của SiC với các lợi ích cách điện của lớp oxit và sự hỗ trợ cơ học của tấm nền silicon. Việc sử dụng HPSI SiC giúp tăng cường hiệu suất thiết bị bằng cách giảm thiểu sự dẫn điện của tấm nền và giảm tổn thất ký sinh, khiến các tấm wafer này trở nên lý tưởng cho các ứng dụng bán dẫn công suất cao, tần số cao và nhiệt độ cao. Quá trình chế tạo, đặc điểm vật liệu và lợi thế về cấu trúc của cấu hình nhiều lớp này được thảo luận, nhấn mạnh sự liên quan của nó đến các hệ thống điện tử công suất và vi cơ điện tử thế hệ tiếp theo (MEMS). Nghiên cứu cũng so sánh các đặc tính và ứng dụng tiềm năng của các tấm wafer SiCOI 4 inch và 6 inch, làm nổi bật triển vọng về khả năng mở rộng và tích hợp cho các thiết bị bán dẫn tiên tiến.

Gửi email cho chúng tôi

Đặc trưng

Cấu trúc wafer SiCOI

HPB (Liên kết hiệu suất cao), BIC (Mạch tích hợp liên kết) và SOD (Công nghệ giống như Silicon-on-Diamond hoặc Silicon-on-Insulator). Bao gồm:

Chỉ số hiệu suất:

Liệt kê các thông số như độ chính xác, loại lỗi (ví dụ: "Không có lỗi", "Khoảng cách giá trị") và phép đo độ dày (ví dụ: "Độ dày lớp trực tiếp/kg").

Bảng có các giá trị số (có thể là các tham số thử nghiệm hoặc quy trình) dưới các tiêu đề như "ADDR/SYGBDT", "10/0", v.v.

Dữ liệu độ dày lớp:

Các mục lặp lại mở rộng được gắn nhãn "Độ dày L1 (A)" đến "Độ dày L270 (A)" (có thể tính bằng Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

Đề xuất một cấu trúc nhiều lớp với khả năng kiểm soát độ dày chính xác cho từng lớp, điển hình trong các tấm bán dẫn tiên tiến.

Cấu trúc wafer SiCOI

SiCOI (Silicon Carbide trên lớp cách điện) là cấu trúc wafer chuyên dụng kết hợp silicon carbide (SiC) với lớp cách điện, tương tự như SOI (Silicon-on-Insulator) nhưng được tối ưu hóa cho các ứng dụng công suất cao/nhiệt độ cao. Các tính năng chính:

Thành phần lớp:

Lớp trên cùng: Silicon Carbide (SiC) tinh thể đơn có độ linh động electron cao và độ ổn định nhiệt.

Chất cách điện chôn: Thường là SiO₂ (oxit) hoặc kim cương (trong SOD) để giảm điện dung ký sinh và cải thiện khả năng cách ly.

Chất nền cơ bản: Silicon hoặc SiC đa tinh thể để hỗ trợ cơ học

Tính chất của wafer SiCOI

Tính chất điện Khoảng cách băng thông rộng (3,2 eV đối với 4H-SiC): Cho phép điện áp đánh thủng cao (cao hơn silicon gấp 10 lần). Giảm dòng điện rò rỉ, cải thiện hiệu suất trong các thiết bị điện.

Độ di động điện tử cao:~900 cm²/V·s (4H-SiC) so với ~1.400 cm²/V·s (Si), nhưng hiệu suất trường cao tốt hơn.

Điện trở thấp:Các bóng bán dẫn dựa trên SiCOI (ví dụ: MOSFET) có tổn thất dẫn điện thấp hơn.

Cách nhiệt tuyệt vời:Lớp oxit (SiO₂) hoặc lớp kim cương chôn dưới đất giúp giảm thiểu điện dung ký sinh và nhiễu xuyên âm.

Tính chất nhiệtĐộ dẫn nhiệt cao: SiC (~490 W/m·K đối với 4H-SiC) so với Si (~150 W/m·K). Kim cương (nếu được sử dụng làm chất cách điện) có thể vượt quá 2.000 W/m·K, giúp tăng cường tản nhiệt.

Độ ổn định nhiệt:Hoạt động đáng tin cậy ở nhiệt độ >300°C (so với ~150°C đối với silicon). Giảm yêu cầu làm mát trong thiết bị điện tử công suất.

3. Tính chất cơ học và hóa họcĐộ cứng cực cao (~9,5 Mohs): Chống mài mòn, giúp SiCOI bền bỉ trong môi trường khắc nghiệt.

Tính trơ về mặt hóa học:Chống oxy hóa và ăn mòn, ngay cả trong điều kiện axit/kiềm.

Độ giãn nở nhiệt thấp:Phù hợp với các vật liệu chịu nhiệt độ cao khác (ví dụ: GaN).

4. Ưu điểm về cấu trúc (so với SiC khối hoặc SOI)

Giảm tổn thất chất nền:Lớp cách điện ngăn chặn dòng điện rò rỉ vào chất nền.

Hiệu suất RF được cải thiện:Điện dung ký sinh thấp hơn cho phép chuyển mạch nhanh hơn (hữu ích cho các thiết bị 5G/mmWave).

Thiết kế linh hoạt:Lớp SiC mỏng trên cùng cho phép tối ưu hóa khả năng mở rộng thiết bị (ví dụ: các kênh siêu mỏng trong bóng bán dẫn).

So sánh với SOI & SiC khối

Tài sản	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	SiC số lượng lớn
Khoảng cách băng thông	3,2eV (SiC)	1,1eV (Si)	3,2eV (SiC)
Độ dẫn nhiệt	Cao (SiC + kim cương)	Thấp (SiO₂ hạn chế dòng nhiệt)	Cao (chỉ SiC)
Điện áp đánh thủng	Rất cao	Vừa phải	Rất cao
Trị giá	Cao hơn	Thấp hơn	Cao nhất (SiC tinh khiết)

Ứng dụng của wafer SiCOI

Điện tử công suất
Tấm wafer SiCOI được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị bán dẫn điện áp cao và công suất cao như MOSFET, diode Schottky và công tắc nguồn. Khoảng cách dải rộng và điện áp đánh thủng cao của SiC cho phép chuyển đổi năng lượng hiệu quả với tổn thất giảm và hiệu suất nhiệt được cải thiện.

Thiết bị tần số vô tuyến (RF)
Lớp cách điện trong tấm wafer SiCOI làm giảm điện dung ký sinh, khiến chúng phù hợp với các bóng bán dẫn và bộ khuếch đại tần số cao được sử dụng trong công nghệ viễn thông, radar và 5G.

Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS)
Tấm SiCOI cung cấp nền tảng vững chắc để chế tạo cảm biến MEMS và bộ truyền động hoạt động đáng tin cậy trong môi trường khắc nghiệt nhờ tính trơ về mặt hóa học và độ bền cơ học của SiC.

Thiết bị điện tử nhiệt độ cao
SiCOI cho phép các thiết bị điện tử duy trì hiệu suất và độ tin cậy ở nhiệt độ cao, mang lại lợi ích cho các ứng dụng ô tô, hàng không vũ trụ và công nghiệp khi các thiết bị silicon thông thường không hoạt động.

Thiết bị quang tử và quang điện tử
Sự kết hợp giữa các tính chất quang học của SiC và lớp cách điện tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp các mạch quang với khả năng quản lý nhiệt được cải tiến.

Thiết bị điện tử chịu bức xạ
Do khả năng chịu bức xạ vốn có của SiC, các tấm SiCOI lý tưởng cho các ứng dụng không gian và hạt nhân đòi hỏi các thiết bị phải chịu được môi trường bức xạ cao.

Hỏi & Đáp về wafer SiCOI

Câu hỏi 1: Tấm wafer SiCOI là gì?

A: SiCOI là viết tắt của Silicon Carbide-on-Insulator. Đây là cấu trúc wafer bán dẫn trong đó một lớp mỏng silicon carbide (SiC) được liên kết với một lớp cách điện (thường là silicon dioxide, SiO₂), được hỗ trợ bởi một chất nền silicon. Cấu trúc này kết hợp các đặc tính tuyệt vời của SiC với khả năng cách điện từ chất cách điện.

Câu hỏi 2: Ưu điểm chính của tấm SiCOI là gì?

A: Những ưu điểm chính bao gồm điện áp đánh thủng cao, khoảng cách dải rộng, độ dẫn nhiệt tuyệt vời, độ cứng cơ học vượt trội và điện dung ký sinh giảm nhờ lớp cách điện. Điều này dẫn đến hiệu suất, hiệu quả và độ tin cậy của thiết bị được cải thiện.

Câu hỏi 3: Ứng dụng điển hình của tấm SiCOI là gì?

A: Chúng được sử dụng trong điện tử công suất, thiết bị RF tần số cao, cảm biến MEMS, điện tử nhiệt độ cao, thiết bị quang tử và điện tử chịu bức xạ.