Płytki z węglanu krzemu (SiC)Stanowią one podstawę nowoczesnych badań i produkcji półprzewodników, zwłaszcza w zakresie elektroniki mocy, urządzeń o wysokiej częstotliwości i zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych.W porównaniu z konwencjonalnym krzemowym, SiC oferuje szerszy przepływ, wyższe pole elektryczne rozkładu, lepszą przewodność cieplną i doskonałą stabilność chemiczną.Te wewnętrzne zalety czynią SiC niezbędnym w zastosowaniach od pojazdów elektrycznych i systemów energii odnawialnej po lotnictwo kosmiczne i zaawansowaną elektronikę przemysłową.

W warunkach laboratoryjnych, w których cele badań, procesy wytwarzania i ograniczenia budżetowe są bardzo zróżnicowane, wybór odpowiedniej płytki SiC może Wartość płytek SiC jest kluczową decyzją. Nieodpowiednia jakość może prowadzić do niewiarygodnych wyników eksperymentalnych, niskiego wydajności urządzenia lub niepotrzebnych kosztów.aplikacyjny przewodnik do zrozumienia klas płytek SiC i wyboru odpowiedniej dla laboratorium półprzewodników.

1Zrozumienie politypów SiC i ich znaczenie

Pierwszym krokiem w wyborze płytki SiC jest zrozumieniepolitypy, które opisują różne sekwencje układania dwuwarstwowych warstw SiC w krystalicznej siatce.

1.1 4H-SiC

4H-SiC jest najczęściej stosowanym politypem w badaniach i produkcji półprzewodników.

• Wysoka mobilność elektronów

• szeroka przepustowość (~ 3,26 eV)

• Duża tolerancja pola elektrycznego

Te właściwości sprawiają, że 4H-SiC jest idealny doMOSFET, diody Schottky'ego i urządzenia wysokonapięcioweWiększość akademickich i przemysłowych laboratoriów koncentruje się na tym politypie ze względu na jego dojrzały ekosystem.

1.2 6H-SiC

6H-SiC był historycznie stosowany we wczesnych badaniach, ale został w dużej mierze zastąpiony przez 4H-SiC.

• Niższa mobilność elektronów

• Większa anisotropia w właściwościach elektrycznych

Obecnie 6H-SiC jest używany głównie dobadania dziedziczenia, badania naukowe materiałów lub eksperymenty porównawcze.

1.3 SiC półizolacyjny

Półizolacyjne płytki SiC (często dopywane wanadium) są stosowane głównie wUrządzenia RF i mikrofalowePłytki te są powszechne w laboratoriach półprzewodnikowych koncentrujących się na wydajności wysokiej częstotliwości.

2Typ przewodności i poziom dopingu

Wafle SiC są zazwyczaj klasyfikowane według:typ przewodnościa takżestężenie dopantu, które bezpośrednio wpływają na zachowanie urządzenia.

2.1 płytki SiC typu N

Płytki typu N są zazwyczaj dopingowane azotem i są najczęstszym wyborem dla:

• Badania z zakresu elektroniki mocy

• Struktury urządzeń pionowych

• Badania wzrostu nawierzchni

W przypadku laboratoriów zajmujących się wytwarzaniem urządzeń często preferowane są lekko dopingowane substraty typu n, ponieważ wspierają kontrolowany wzrost warstwy epitaksjalnej.

2.2 Wafle SiC typu P

P-typowe płytki, zazwyczaj dopywane aluminium lub borem, są rzadziej spotykane i droższe.

• Badania tworzenia skrzyżowania

• Badania specjalistycznych urządzeń

Ponieważ doping typu p w SiC jest trudniejszy, te płytki są zwykle zarezerwowane dla ukierunkowanych eksperymentów, a nie do rutynowego użycia w laboratorium.

2.3 Względy związane z odpornością

Zakres odporności może sięgać od< 0,02 Ω·cm do > 105 Ω·cmDla większości laboratoriów półprzewodników:

• Płytki o niskiej do średniej odporności nadają się do rozwoju urządzeń zasilania

• Wysokiej odporności lub półizolacji płytek są kluczowe dla RF i izolacji wrażliwych eksperymentów

Wybór niewłaściwej rezystywności może zagrozić dokładności pomiaru lub izolacji urządzenia.

3. Klasyfikacja klasyfikacji płytki: badania i klasyfikacja urządzeń

Płytki SiC są często klasyfikowane według:stopień, który odzwierciedla jakość kryształu, gęstość wad i stan powierzchni.

3.1 Poziom badawczy

Płytki badawcze zazwyczaj charakteryzują się:

• Większa gęstość mikroputek i wychylenia

• Luźniejsze specyfikacje dotyczące chropowości powierzchni i łuku

Są one odpowiednie do:

• Rozwój procesów

• Charakterystyka materiału

• Badania wykonalności na wczesnym etapie

W przypadku uniwersyteckich laboratoriów lub badań badawczych płytki badawcze oferują opłacalne rozwiązanie bez kompromitując podstawowe spostrzeżenia.

3.2 Stopień urządzenia

Płytki do urządzeń są produkowane pod ściślejszą kontrolą, oferując:

• Niska gęstość wad

• Ograniczone tolerancje grubości i płaskości

• Wysoka jakość lakieru powierzchni

Te płytki są niezbędne do:

• Prototyp urządzenia

• Eksperymenty wrażliwe na wydajność

• Badania niezawodności i okresu eksploatacji

Laboratoria mające na celu publikowanie danych o wydajności na poziomie urządzenia lub przekazywanie technologii partnerom przemysłowym zazwyczaj wymagają podłoża klasy urządzenia.

4Wady i jakość kryształu: co naprawdę ma znaczenie w laboratorium

W przeciwieństwie do krzemu, wzrost SiC jest z natury złożony, co prowadzi do różnych wad kryształowych, które mogą wpływać na wydajność urządzenia.

4.1 Mikropupy

Mikropuły to wady w pustej rdzeniu, które mogą powodować katastrofalną awarię urządzenia, zwłaszcza w zastosowaniach wysokiego napięcia.Laboratoria opracowujące urządzenia energetyczne powinny zawsze określaćpłytki z mikropłytkami o wartości zerowej lub bliskiej zerowej.

4.2 Zwichnięcia (TSD, BPD)

Zwichnięcia śrubokręgowe (TSD) i zwichnięcia płaszczyzny podstawnej (BPD) mogą pogorszyć:

• Żywotność nośnika

• Napięcie awaryjne

• Wiarygodność długoterminowa

W przypadku badań nad materiałami może być dopuszczalna większa gęstość zwichnięć, a w przypadku produkcji urządzeń zdecydowanie zaleca się niższą gęstość.

5Średnica i grubość płytki: dopasowanie możliwości urządzeń

Płytki SiC są dostępne w wielu średnicach, zwykle100 mm, 150 mm i 200 mm (8 cali), przy czym 300 mm jest nadal w dużej mierze eksperymentalne.

• Mniejsze średnicesą odpowiednie dla laboratoriów z istniejącym sprzętem lub ograniczonymi budżetami.

• Większe średnicew celu lepszego odzwierciedlenia warunków przemysłowych, ale wymagają zaawansowanych narzędzi obsługi, litografii i metrologii.

Wybór grubości również ma znaczenie:

• Gęstsze płytki zwiększają stabilność mechaniczną

• Cienkie płytki zmniejszają odporność termiczną, ale zwiększają ryzyko złamania

Laboratoria powinny zawsze dostosowywać specyfikacje płytek do istniejących narzędzi procesowych i doświadczeń z obsługi.

6Wykończenie powierzchni i orientacja

6.1 Polska powierzchniowa

Opcje obejmują zazwyczaj:

• Politykowane z jednej strony (SSP)

• Politykowane z dwóch stron (DSP)

Płytki DSP są preferowane do:

• Inspekcja optyczna

• Litografia wysokiej precyzji

• Badania związania lub zaawansowane badania opakowań

6.2 Orientacja poza oś

Większość procesów wzrostu epitaksyalnego wymagaPłytki z wyłączeniem osiLaboratoria koncentrujące się na epitaksji muszą dokładnie określić orientację w celu zapewnienia odtwarzalności.

7Koszty i cele badań: praktyczne ramy

Wybór właściwej klasy płytek SiC jest ostatecznie równowagą międzycele naukowe i ograniczenia budżetowe:

• Badania podstawowe→ Jakość badawcza, mniejsza średnica, umiarkowana gęstość wad

• Rozwój procesów→ Płytki średniej jakości z kontrolowaną orientacją i rezystywnością

• Badania wydajności urządzenia→ Wartość urządzenia, niska gęstość wad, średnice zgodne ze standardami przemysłowymi

Jasna definicja celów eksperymentalnych przed zamówieniem może znacząco zmniejszyć marnotrawstwo zasobów.

Wniosek

Wybór właściwej klasy płytek SiC dla laboratorium półprzewodnikowego nie jest jednostronną decyzją, wymaga jasnego zrozumienia właściwości materiału, tolerancji na wady, kompatybilności urządzeń,i celów badawczychDzięki starannemu ocenianiu typu, dopingu, stopnia, gęstości wad i geometrii płytki laboratoria mogą zoptymalizować zarówno wyniki eksperymentalne, jak i efektywność kosztową.

Ponieważ technologia SiC nadal dojrzewa i rozwija się w większych formach płytek oraz w nowych zastosowaniach, wybór materiału w oparciu o informacje pozostanie podstawową umiejętnością zarówno dla naukowców, jak i inżynierów.