Półprzewodnikowy węglik krzemu jest ważnym materiałem podłożowym dla urządzeń RF o wysokiej częstotliwości i dużej mocy, ponieważ łączy wysoką rezystywność elektryczną z wysoką przewodnością cieplną.
W przeciwieństwie do przewodzących podłoży SiC typu n, używanych głównie do pionowych urządzeń mocy, półprzewodnikowy SiC jest zaprojektowany tak, aby tłumić pasożytnicze przewodnictwo elektryczne przez podłoże. Czyni go to szczególnie odpowiednim dla struktur urządzeń RF, mikrofalowych i wysokiej częstotliwości, gdzie straty podłoża mogą bezpośrednio wpływać na wzmocnienie, wydajność i charakterystykę częstotliwościową.
Wśród półprzewodnikowych materiałów SiC historycznie stosowano dwa podejścia:
Chociaż oba mogą zapewnić bardzo wysoką rezystywność, mechanizm używany do uzyskania półprzewodzącego zachowania jest inny.
Dla inżynierów urządzeń RF i nabywców płytek ta różnica może wpływać na:
Z tego powodu wybór podłoża nie powinien opierać się wyłącznie na rezystywności.
Urządzenie RF działające na częstotliwościach mikrofalowych lub milimetrowych musi minimalizować niepożądany przepływ prądu przez podłoże.
Jeśli podłoże jest przewodzące elektrycznie, pasożytnicza pojemność i ścieżki prądowe mogą zwiększać straty RF.
Półprzewodnikowy SiC zapewnia jednocześnie dwie ważne cechy:
Wysoka rezystywność elektryczna
i
Wysoka przewodność cieplna
Ta kombinacja jest szczególnie atrakcyjna dla zastosowań RF o dużej mocy.
Badania nad półprzewodnikowym SiC od dawna identyfikują elektronikę mikrofalową i wysokiej częstotliwości jako kluczowe zastosowania, ponieważ materiał może zapewnić zarówno odporność wymaganą do pracy z niskimi stratami, jak i wystarczającą przewodność cieplną do rozpraszania ciepła urządzenia.
Typowe zastosowania obejmują:
W tych zastosowaniach jakość podłoża wpływa nie tylko na procesowanie płytek, ale także na środowisko elektryczne pod aktywnym urządzeniem.
HPSI oznacza:
Wysokiej czystości półprzewodnikowy węglik krzemu
W przeciwieństwie do celowo domieszkowanego wanadem SiC, materiał HPSI jest zazwyczaj produkowany przy użyciu wysokiej czystości materiału i wewnętrznych defektów głębokich poziomów do kompensacji resztkowych zanieczyszczeń płytkich.
Obecne komercyjne produkty 4H-SiCspecyficznie identyfikują materiał jako nie domieszkowany wanadem.
Podstawowym celem jest utrzymanie stężenia swobodnych nośników na ekstremalnie niskim poziomie, tak aby rezystywność objętościowa podłoża pozostała wysoka.
Często występujące resztkowe zanieczyszczenia obejmują:
Wewnętrzne defekty mogą wprowadzać głębokie poziomy elektroniczne, które kompensują te resztkowe płytkie domieszki.
Badania nad HPSI 4H-SiC zidentyfikowały defekty związane z wakansami, dwuwakansy i kompleksy wakans węgla-antysytu węgla jako defekty, które mogą przyczyniać się do półprzewodzącego zachowania.
Ten mechanizm kompensacji pozwala na wysoką rezystywność bez polegania na celowym domieszkowaniu metalami ciężkimi.
Drugim podejściem jest celowe wprowadzanie wanadu do SiC.
Wapń wprowadza głębokie poziomy energetyczne w obrębie przerwy energetycznej SiC.
Te głębokie poziomy mogą kompensować elektrycznie aktywne płytkie donory i akceptory, zmniejszając liczbę swobodnych nośników ładunku.
Uproszczona koncepcja jest następująca:
Resztkowe zanieczyszczenia donorowe/akceptorowe → skompensowane przez głębokie poziomy wanadu → niskie stężenie nośników → wysoka rezystywność
Kompensacja wanadem jest stosowana od wielu lat do produkcji półprzewodnikowego SiC.
Badania zidentyfikowały głębokie poziomy akceptorowe związane z wanadem w okolicach około 1 eV poniżej obszaru pasma przewodnictwa, chociaż dokładne zachowanie elektryczne zależy od stężenia wanadu i innych wewnętrznych defektów.
Ważne jest rozróżnienie:
Domieszkowany wanadem
od
4H-SiC
ponieważ te terminy opisują dwie różne cechy.
Wapń opisuje metodę kompensacji/domieszkowania.
4H opisuje polimorf kryształu SiC.
Półprzewodnikowy materiał domieszkowany wanadem historycznie występował w kilku polimorfach SiC. Niektóre obecne komercyjne półprzewodnikowe podłoża domieszkowane wanadem są na przykład oferowane jako 6H-SiC zamiast 4H-SiC.
Dlatego zapytanie ofertowe (RFQ) powinno zawsze określać oba:
Polimorf: 4H-SiC
i
Metoda półprzewodnikowa / wymaganie rezystywności
zamiast po prostu prosić o "półprzewodnikowy SiC".
Fundamentalna różnica polega na tym, jak powstaje półprzewodzące zachowanie elektryczne.
| Parametr | HPSI 4H-SiC | SiC domieszkowany wanadem |
|---|---|---|
| Mechanizm kompensacji | Wewnętrzne głębokie poziomy / inżynieria defektów | Celowa kompensacja głębokich poziomów V |
| Wapń | Zazwyczaj nieobecny | Celowo wprowadzony |
| Strategia czystości | Bardzo wysoka czystość | Kontrolowana kompensacja domieszkowania |
| Rezystywność | Bardzo wysoka | Bardzo wysoka |
| Centra głębokich poziomów | Głównie związane z defektami wewnętrznymi | Związane z V + defekty wewnętrzne |
| Przydatność do zastosowań RF | Doskonała | Zależna od zastosowania |
| Stabilność pułapek | Wymaga kwalifikacji | Wymaga kwalifikacji |
| Problem tylnego bramkowania | Ogólnie niższa motywacja do rozwoju HPSI | Może być ważny w niektórych strukturach urządzeń |
| Komercyjne polimorfy | Zazwyczaj 4H | Mogą obejmować 4H lub 6H w zależności od dostawcy/procesu |
Technologia HPSI stała się coraz ważniejsza częściowo dlatego, że wanad wprowadza dodatkowe centra głębokich poziomów.
Te stany pułapek mogą oddziaływać z działaniem urządzenia, szczególnie w warunkach wysokiego pola elektrycznego lub wysokiej temperatury.
Badania wykazały, że elektrony uwięzione przez wanad mogą być termicznie uwalniane i mogą przyczyniać się do efektów takich jak przesunięcie napięcia progowego lub tylne bramkowanie w strukturach urządzeń polowych. Jest to jeden z powodów, dla których materiał HPSI oparty na defektach wewnętrznych stał się coraz bardziej atrakcyjny.
Jednak nie oznacza to, że każde podłoże domieszkowane wanadem jest nieodpowiednie do zastosowań RF.
Prawidłowe porównanie powinno uwzględniać:
Dla półprzewodnikowego SiC rezystywność jest podstawowym parametrem zakupu.
Jej celem jest ograniczenie niepożądanego prądu przepływającego przez podłoże.
Obecne specyfikacje komercyjnych HPSI 4H-SiC mogą osiągać wartości co najmniej w zakresie 10^6–10^8 Ω·cm lub wyższe, w zależności od dostawcy, klasy i warunków pomiaru. Jedna z obecnych komercyjnych rodzin produktów HPSI określa ≥10^8 Ω·cm dla wybranego materiału produkcyjnego.
Półprzewodnikowe produkty domieszkowane wanadem również mogą wykazywać ekstremalnie wysoką rezystywność.
Na przykład, komercyjne półprzewodnikowe materiały SiC domieszkowane wanadem zgłaszano z rezystywnością powyżej 10^9 Ω·cm, w zależności od polimorfu i specyfikacji produktu.
Jednak porównanie dwóch płytek tylko na podstawie stwierdzenia:
Rezystywność >10^8 Ω·cm
nie jest wystarczające.
Kupujący powinien również zapytać:
Dla urządzeń RF, stabilność rezystywności może być równie ważna jak absolutna wartość w temperaturze pokojowej.
Płytka półprzewodnikowa może mieć wysoką zmierzoną rezystywność i nadal zawierać elektrycznie aktywne defekty.
Półprzewodnikowy SiC opiera się na głębokich poziomach elektronicznych, aby tłumić swobodne nośniki.
Jednak głębokie poziomy mogą również działać jako pułapki.
W zależności od architektury urządzenia, pułapki mogą przechwytywać lub uwalniać nośniki podczas:
Potencjalne efekty obejmują:
Dlatego wybór między HPSI a materiałem domieszkowanym wanadem nie może być zredukowany do prostego pytania, która płytka ma wyższą rezystancję.
Wysokiej jakości podłoże RF musi łączyć:
wysoka rezystywność + stabilność elektryczna + kontrolowane defekty + dobre właściwości termiczne
Jakość podłoża RF jest również wpływana przez defekty krystalograficzne.
Ważne kategorie defektów obejmują:
Mikropory to defekty z pustym rdzeniem związane z dyslokacjami śrubowymi o dużym wektorze Burgersa.
Chociaż nowoczesny wzrost kryształów SiC znacznie zmniejszył gęstość mikroporów, pozostają one ważnym historycznym i zakupowym parametrem.
Dla podłoży klasy RF, kupujący powinni określić:
Dyslokacje śrubowe i krawędziowe mogą propagować się do kolejnych warstw epitaksjalnych.
Ich wpływ zależy od ostatecznego projektu urządzenia.
Zamiast określać tylko:
Niska gęstość dyslokacji
RFQ powinno określać wymagane kategorie defektów i poziomy akceptacji.
Właściwości elektryczne często otrzymują najwięcej uwagi w przypadku półprzewodnikowego SiC, ale geometria płytki jest równie ważna podczas produkcji urządzeń.
TTV oznacza:
Całkowita zmienność grubości
Reprezentuje różnicę między maksymalną a minimalną grubością płytki w określonym obszarze pomiarowym.
Wysokie TTV może powodować problemy podczas:
Specyfikacje komercyjnych podłoży HPSI pokazują, że wartości takie jak TTV ≤10 µm są technicznie osiągalne dla wybranych klas i rozmiarów płytek, chociaż wymagana wartość musi być zawsze uzgodniona między kupującym a dostawcą.
Prace standaryzacyjne SEMI dotyczące płytek SiC również identyfikują grubość, tolerancję, płaskość, orientację i defekty jako podstawowe fizyczne cechy podłoża.
TTV opisuje zmienność grubości, ale nie opisuje pełnego kształtu płytki.
Dwa dodatkowe parametry są ważne:
Wybrzuszenie
i
Wypaczenie
Płytka może mieć akceptowalne TTV, a mimo to wykazywać nadmierne globalne odkształcenie.
Staje się to coraz ważniejsze wraz ze wzrostem średnicy płytki.
Nadmierne wypaczenie może powodować:
Dlatego poważna specyfikacja płytek RF powinna zazwyczaj zawierać:
TTV + Wybrzuszenie + Wypaczenie
zamiast samego TTV.
Strona Si półprzewodnikowego podłoża SiC jest zazwyczaj przygotowywana do dalszego wzrostu epitaksjalnego.
Powierzchnia musi zatem mieć bardzo niską chropowatość i minimalne uszkodzenia polerskie.
Komercyjne półprzewodnikowe podłoża SiC zorientowane na RF mogą osiągać chropowatość powierzchni poniżej nanometra; obecne przykłady określają chropowatość poniżej około 5 Å dla wybranych produktów.
Jednak Ra samo w sobie nie opisuje w pełni powierzchni gotowej do epitaksji.
Kupujący powinien również sprawdzić:
Płytka może mieć bardzo niską zmierzoną Ra, a mimo to zawierać pojedyncze defekty wpływające na wzrost epitaksjalny.
W zastosowaniach epitaksji RF, przednia powierzchnia jest zazwyczaj stroną krzemową.
Typowa konfiguracja podłoża może wyglądać następująco:
Strona Si: CMP, gotowa do epitaksji
Strona C: polerowanie optyczne lub określone wykończenie tylnej strony
Dokładne przygotowanie powierzchni powinno być zawsze uwzględnione w RFQ.
Na przykład:
Przód: CMP strony Si, gotowa do epitaksji
Tył: polerowany optycznie
Proste zapytanie o:
Polerowane obustronnie
może nie dostarczyć wystarczających informacji o rzeczywistej jakości CMP wymaganej do epitaksji.
Inna ważna różnica między półprzewodnikowymi podłożami RF a podłożami do urządzeń mocy to orientacja.
Przewodzące podłoża mocy 4H-SiC są zazwyczaj dostarczane z celową orientacją pozaosiową do wzrostu homoepitaksjalnego.
Półprzewodnikowe podłoża RF, zwłaszcza te przeznaczone jako podłoża obce do epitaksji azotków, są często dostarczane osiowo.
Obecne komercyjne produkty RF HPSI 4H-SiC wykorzystują orientacje osiowe dla niektórych klas podłoży.
Dlatego RFQ powinno jasno określać:
Półprzewodnikowy SiC historycznie był dostępny w mniejszych średnicach niż główne przewodzące podłoża mocy SiC.
Typowe średnice podłoży RF obejmują:
Rozwój dużych średnic trwa, ale dostępność zależy w dużej mierze od:
Kupujący nie powinni zakładać, że każda specyfikacja 200 mm SiC typu n jest automatycznie dostępna jako płytka HPSI 200 mm.
Na przykład, obecne informacje o produktach komercyjnych pokazują oferty 4H HPSI w rozmiarach 100 mm i 150 mm, podczas gdy dostępność 200 mm może być związana z innymi rodzinami produktów SiC.
Z tego powodu dostępność średnicy należy potwierdzić przed sfinalizowaniem procesu urządzenia.
Profesjonalne RFQ powinno zawierać więcej niż tylko średnicę i rezystywność.
| Parametr | Zalecane informacje RFQ |
|---|---|
| Materiał | Monokryształ SiC |
| Polimorf | 4H-SiC |
| Typ elektryczny | Półprzewodnikowy |
| Kompensacja | HPSI / określić, jeśli wymagane |
| Średnica | 100 mm / 150 mm / niestandardowa |
| Orientacja | Osiowa lub określona |
| Polaryzacja powierzchni | Strona Si |
| Grubość | Nominalna + tolerancja |
| Rezystywność | Minimalne wymaganie |
| TTV | Maksymalna |
| Wybrzuszenie | Maksymalna |
| Wypaczenie | Maksymalna |
| Powierzchnia | CMP strony Si, gotowa do epitaksji |
| Chropowatość | Maksymalna Ra |
| Gęstość mikroporów | Maksymalna |
| Gęstość dyslokacji | Wymagany poziom |
| Pęknięcia | Niedozwolone |
| Odłupki krawędzi | Zdefiniować akceptację |
| Zarysowania powierzchni | Zdefiniować akceptację |
| Cząstki | Określić próg inspekcji |
| Tylna powierzchnia | Polerowana optycznie / określona |
| Raport z inspekcji | Wymagany, jeśli potrzebny |
| Identyfikator płytki | Wymagany |
| Opakowanie | Kompatybilne z czystym pomieszczeniem |
Przed zamówieniem półprzewodnikowego SiC do zastosowań RF, kupujący powinni zapytać:
Te pytania ułatwiają porównanie ofert od różnych dostawców podłoży.
Nie ma jednej specyfikacji odpowiedniej dla każdego urządzenia RF.
Jednak w nowoczesnych zastosowaniach podłoży RF 4H-SiC, HPSI jest szczególnie atrakcyjny, ponieważ może zapewnić bardzo wysoką rezystywność bez celowego domieszkowania wanadem.
Eliminuje to jedno źródło celowo wprowadzonej domieszki głębokich poziomów i pomogło HPSI stać się ważną platformą materiałową dla zaawansowanych struktur RF.
SiC domieszkowany wanadem nadal może zapewnić doskonałą rezystywność i pozostaje technicznie istotny, szczególnie dla ugruntowanych platform urządzeń i specyficznych kombinacji podłoży/polimorfów.
Prawidłowa ocena powinna zatem obejmować:
rezystywność
plus
stabilność głębokich poziomów
plus
jakość kryształu
plus
geometrię
plus
przygotowanie powierzchni
zamiast wybierania płytki na podstawie pojedynczej liczby.
Półprzewodnikowy SiC to więcej niż tylko "SiC o wysokiej rezystywności".
Dla urządzeń RF i mikrofalowych podłoże musi zapewniać kombinację:
HPSI 4H-SiC osiąga półprzewodzące zachowanie głównie poprzez wysoką czystość materiału i wewnętrzną kompensację głębokich poziomów, a nie celowe domieszkowanie wanadem.
SiC domieszkowany wanadem wykorzystuje celowo wprowadzone głębokie poziomy do kompensacji resztkowych nośników.
Oba podejścia mogą tworzyć podłoża o wysokiej rezystywności, ale ich fizyka defektów i zachowanie elektryczne są różne.
Dlatego dla zakupu podłoży RF najbardziej użyteczną specyfikacją nie jest po prostu:
Półprzewodnikowy 4H-SiC, wysoka rezystywność
ale kompletna kombinacja:
Polimorf + Metoda kompensacji + Rezystywność + Gęstość defektów + TTV + Wybrzuszenie/Wypaczenie + Chropowatość powierzchni + Jakość CMP + Kryteria inspekcji.
Zapewnia to zarówno dostawcy, jak i producentowi urządzeń RF jasną techniczną podstawę do kwalifikacji płytek.
HPSI oznacza High-Purity Semi-Insulating (Wysokiej Czystości Półprzewodnikowy). W nowoczesnych podłożach 4H-SiC wysoką rezystywność można osiągnąć poprzez kontrolowaną czystość materiału i wewnętrzną kompensację głębokich poziomów, bez celowego domieszkowania kryształu wanadem.
Nie. Oba materiały mogą być półprzewodnikowe, ale mechanizmy kompensacji są różne. HPSI zazwyczaj opiera się na wewnętrznych defektach głębokich poziomów i wysokiej czystości, podczas gdy materiał domieszkowany wanadem celowo wprowadza głębokie poziomy związane z wanadem.
Wymagana wartość zależy od urządzenia RF i warunków pomiaru. Komercyjne produkty półprzewodnikowego SiC mogą określać rezystywność od około 10^6–10^8 Ω·cm lub znacznie wyższą, w zależności od typu materiału, klasy i dostawcy. Kupujący powinni określić zarówno minimalną rezystywność, jak i warunki pomiaru.
Nie automatycznie. Wybór polimorfu zależy od architektury urządzenia, procesu epitaksjalnego i ugruntowanej platformy produkcyjnej. Jednak 4H-SiC stał się ważną platformą komercyjną dla wysokiej czystości półprzewodnikowych podłoży RF.
Półprzewodnikowy węglik krzemu jest ważnym materiałem podłożowym dla urządzeń RF o wysokiej częstotliwości i dużej mocy, ponieważ łączy wysoką rezystywność elektryczną z wysoką przewodnością cieplną.
W przeciwieństwie do przewodzących podłoży SiC typu n, używanych głównie do pionowych urządzeń mocy, półprzewodnikowy SiC jest zaprojektowany tak, aby tłumić pasożytnicze przewodnictwo elektryczne przez podłoże. Czyni go to szczególnie odpowiednim dla struktur urządzeń RF, mikrofalowych i wysokiej częstotliwości, gdzie straty podłoża mogą bezpośrednio wpływać na wzmocnienie, wydajność i charakterystykę częstotliwościową.
Wśród półprzewodnikowych materiałów SiC historycznie stosowano dwa podejścia:
Chociaż oba mogą zapewnić bardzo wysoką rezystywność, mechanizm używany do uzyskania półprzewodzącego zachowania jest inny.
Dla inżynierów urządzeń RF i nabywców płytek ta różnica może wpływać na:
Z tego powodu wybór podłoża nie powinien opierać się wyłącznie na rezystywności.
Urządzenie RF działające na częstotliwościach mikrofalowych lub milimetrowych musi minimalizować niepożądany przepływ prądu przez podłoże.
Jeśli podłoże jest przewodzące elektrycznie, pasożytnicza pojemność i ścieżki prądowe mogą zwiększać straty RF.
Półprzewodnikowy SiC zapewnia jednocześnie dwie ważne cechy:
Wysoka rezystywność elektryczna
i
Wysoka przewodność cieplna
Ta kombinacja jest szczególnie atrakcyjna dla zastosowań RF o dużej mocy.
Badania nad półprzewodnikowym SiC od dawna identyfikują elektronikę mikrofalową i wysokiej częstotliwości jako kluczowe zastosowania, ponieważ materiał może zapewnić zarówno odporność wymaganą do pracy z niskimi stratami, jak i wystarczającą przewodność cieplną do rozpraszania ciepła urządzenia.
Typowe zastosowania obejmują:
W tych zastosowaniach jakość podłoża wpływa nie tylko na procesowanie płytek, ale także na środowisko elektryczne pod aktywnym urządzeniem.
HPSI oznacza:
Wysokiej czystości półprzewodnikowy węglik krzemu
W przeciwieństwie do celowo domieszkowanego wanadem SiC, materiał HPSI jest zazwyczaj produkowany przy użyciu wysokiej czystości materiału i wewnętrznych defektów głębokich poziomów do kompensacji resztkowych zanieczyszczeń płytkich.
Obecne komercyjne produkty 4H-SiCspecyficznie identyfikują materiał jako nie domieszkowany wanadem.
Podstawowym celem jest utrzymanie stężenia swobodnych nośników na ekstremalnie niskim poziomie, tak aby rezystywność objętościowa podłoża pozostała wysoka.
Często występujące resztkowe zanieczyszczenia obejmują:
Wewnętrzne defekty mogą wprowadzać głębokie poziomy elektroniczne, które kompensują te resztkowe płytkie domieszki.
Badania nad HPSI 4H-SiC zidentyfikowały defekty związane z wakansami, dwuwakansy i kompleksy wakans węgla-antysytu węgla jako defekty, które mogą przyczyniać się do półprzewodzącego zachowania.
Ten mechanizm kompensacji pozwala na wysoką rezystywność bez polegania na celowym domieszkowaniu metalami ciężkimi.
Drugim podejściem jest celowe wprowadzanie wanadu do SiC.
Wapń wprowadza głębokie poziomy energetyczne w obrębie przerwy energetycznej SiC.
Te głębokie poziomy mogą kompensować elektrycznie aktywne płytkie donory i akceptory, zmniejszając liczbę swobodnych nośników ładunku.
Uproszczona koncepcja jest następująca:
Resztkowe zanieczyszczenia donorowe/akceptorowe → skompensowane przez głębokie poziomy wanadu → niskie stężenie nośników → wysoka rezystywność
Kompensacja wanadem jest stosowana od wielu lat do produkcji półprzewodnikowego SiC.
Badania zidentyfikowały głębokie poziomy akceptorowe związane z wanadem w okolicach około 1 eV poniżej obszaru pasma przewodnictwa, chociaż dokładne zachowanie elektryczne zależy od stężenia wanadu i innych wewnętrznych defektów.
Ważne jest rozróżnienie:
Domieszkowany wanadem
od
4H-SiC
ponieważ te terminy opisują dwie różne cechy.
Wapń opisuje metodę kompensacji/domieszkowania.
4H opisuje polimorf kryształu SiC.
Półprzewodnikowy materiał domieszkowany wanadem historycznie występował w kilku polimorfach SiC. Niektóre obecne komercyjne półprzewodnikowe podłoża domieszkowane wanadem są na przykład oferowane jako 6H-SiC zamiast 4H-SiC.
Dlatego zapytanie ofertowe (RFQ) powinno zawsze określać oba:
Polimorf: 4H-SiC
i
Metoda półprzewodnikowa / wymaganie rezystywności
zamiast po prostu prosić o "półprzewodnikowy SiC".
Fundamentalna różnica polega na tym, jak powstaje półprzewodzące zachowanie elektryczne.
| Parametr | HPSI 4H-SiC | SiC domieszkowany wanadem |
|---|---|---|
| Mechanizm kompensacji | Wewnętrzne głębokie poziomy / inżynieria defektów | Celowa kompensacja głębokich poziomów V |
| Wapń | Zazwyczaj nieobecny | Celowo wprowadzony |
| Strategia czystości | Bardzo wysoka czystość | Kontrolowana kompensacja domieszkowania |
| Rezystywność | Bardzo wysoka | Bardzo wysoka |
| Centra głębokich poziomów | Głównie związane z defektami wewnętrznymi | Związane z V + defekty wewnętrzne |
| Przydatność do zastosowań RF | Doskonała | Zależna od zastosowania |
| Stabilność pułapek | Wymaga kwalifikacji | Wymaga kwalifikacji |
| Problem tylnego bramkowania | Ogólnie niższa motywacja do rozwoju HPSI | Może być ważny w niektórych strukturach urządzeń |
| Komercyjne polimorfy | Zazwyczaj 4H | Mogą obejmować 4H lub 6H w zależności od dostawcy/procesu |
Technologia HPSI stała się coraz ważniejsza częściowo dlatego, że wanad wprowadza dodatkowe centra głębokich poziomów.
Te stany pułapek mogą oddziaływać z działaniem urządzenia, szczególnie w warunkach wysokiego pola elektrycznego lub wysokiej temperatury.
Badania wykazały, że elektrony uwięzione przez wanad mogą być termicznie uwalniane i mogą przyczyniać się do efektów takich jak przesunięcie napięcia progowego lub tylne bramkowanie w strukturach urządzeń polowych. Jest to jeden z powodów, dla których materiał HPSI oparty na defektach wewnętrznych stał się coraz bardziej atrakcyjny.
Jednak nie oznacza to, że każde podłoże domieszkowane wanadem jest nieodpowiednie do zastosowań RF.
Prawidłowe porównanie powinno uwzględniać:
Dla półprzewodnikowego SiC rezystywność jest podstawowym parametrem zakupu.
Jej celem jest ograniczenie niepożądanego prądu przepływającego przez podłoże.
Obecne specyfikacje komercyjnych HPSI 4H-SiC mogą osiągać wartości co najmniej w zakresie 10^6–10^8 Ω·cm lub wyższe, w zależności od dostawcy, klasy i warunków pomiaru. Jedna z obecnych komercyjnych rodzin produktów HPSI określa ≥10^8 Ω·cm dla wybranego materiału produkcyjnego.
Półprzewodnikowe produkty domieszkowane wanadem również mogą wykazywać ekstremalnie wysoką rezystywność.
Na przykład, komercyjne półprzewodnikowe materiały SiC domieszkowane wanadem zgłaszano z rezystywnością powyżej 10^9 Ω·cm, w zależności od polimorfu i specyfikacji produktu.
Jednak porównanie dwóch płytek tylko na podstawie stwierdzenia:
Rezystywność >10^8 Ω·cm
nie jest wystarczające.
Kupujący powinien również zapytać:
Dla urządzeń RF, stabilność rezystywności może być równie ważna jak absolutna wartość w temperaturze pokojowej.
Płytka półprzewodnikowa może mieć wysoką zmierzoną rezystywność i nadal zawierać elektrycznie aktywne defekty.
Półprzewodnikowy SiC opiera się na głębokich poziomach elektronicznych, aby tłumić swobodne nośniki.
Jednak głębokie poziomy mogą również działać jako pułapki.
W zależności od architektury urządzenia, pułapki mogą przechwytywać lub uwalniać nośniki podczas:
Potencjalne efekty obejmują:
Dlatego wybór między HPSI a materiałem domieszkowanym wanadem nie może być zredukowany do prostego pytania, która płytka ma wyższą rezystancję.
Wysokiej jakości podłoże RF musi łączyć:
wysoka rezystywność + stabilność elektryczna + kontrolowane defekty + dobre właściwości termiczne
Jakość podłoża RF jest również wpływana przez defekty krystalograficzne.
Ważne kategorie defektów obejmują:
Mikropory to defekty z pustym rdzeniem związane z dyslokacjami śrubowymi o dużym wektorze Burgersa.
Chociaż nowoczesny wzrost kryształów SiC znacznie zmniejszył gęstość mikroporów, pozostają one ważnym historycznym i zakupowym parametrem.
Dla podłoży klasy RF, kupujący powinni określić:
Dyslokacje śrubowe i krawędziowe mogą propagować się do kolejnych warstw epitaksjalnych.
Ich wpływ zależy od ostatecznego projektu urządzenia.
Zamiast określać tylko:
Niska gęstość dyslokacji
RFQ powinno określać wymagane kategorie defektów i poziomy akceptacji.
Właściwości elektryczne często otrzymują najwięcej uwagi w przypadku półprzewodnikowego SiC, ale geometria płytki jest równie ważna podczas produkcji urządzeń.
TTV oznacza:
Całkowita zmienność grubości
Reprezentuje różnicę między maksymalną a minimalną grubością płytki w określonym obszarze pomiarowym.
Wysokie TTV może powodować problemy podczas:
Specyfikacje komercyjnych podłoży HPSI pokazują, że wartości takie jak TTV ≤10 µm są technicznie osiągalne dla wybranych klas i rozmiarów płytek, chociaż wymagana wartość musi być zawsze uzgodniona między kupującym a dostawcą.
Prace standaryzacyjne SEMI dotyczące płytek SiC również identyfikują grubość, tolerancję, płaskość, orientację i defekty jako podstawowe fizyczne cechy podłoża.
TTV opisuje zmienność grubości, ale nie opisuje pełnego kształtu płytki.
Dwa dodatkowe parametry są ważne:
Wybrzuszenie
i
Wypaczenie
Płytka może mieć akceptowalne TTV, a mimo to wykazywać nadmierne globalne odkształcenie.
Staje się to coraz ważniejsze wraz ze wzrostem średnicy płytki.
Nadmierne wypaczenie może powodować:
Dlatego poważna specyfikacja płytek RF powinna zazwyczaj zawierać:
TTV + Wybrzuszenie + Wypaczenie
zamiast samego TTV.
Strona Si półprzewodnikowego podłoża SiC jest zazwyczaj przygotowywana do dalszego wzrostu epitaksjalnego.
Powierzchnia musi zatem mieć bardzo niską chropowatość i minimalne uszkodzenia polerskie.
Komercyjne półprzewodnikowe podłoża SiC zorientowane na RF mogą osiągać chropowatość powierzchni poniżej nanometra; obecne przykłady określają chropowatość poniżej około 5 Å dla wybranych produktów.
Jednak Ra samo w sobie nie opisuje w pełni powierzchni gotowej do epitaksji.
Kupujący powinien również sprawdzić:
Płytka może mieć bardzo niską zmierzoną Ra, a mimo to zawierać pojedyncze defekty wpływające na wzrost epitaksjalny.
W zastosowaniach epitaksji RF, przednia powierzchnia jest zazwyczaj stroną krzemową.
Typowa konfiguracja podłoża może wyglądać następująco:
Strona Si: CMP, gotowa do epitaksji
Strona C: polerowanie optyczne lub określone wykończenie tylnej strony
Dokładne przygotowanie powierzchni powinno być zawsze uwzględnione w RFQ.
Na przykład:
Przód: CMP strony Si, gotowa do epitaksji
Tył: polerowany optycznie
Proste zapytanie o:
Polerowane obustronnie
może nie dostarczyć wystarczających informacji o rzeczywistej jakości CMP wymaganej do epitaksji.
Inna ważna różnica między półprzewodnikowymi podłożami RF a podłożami do urządzeń mocy to orientacja.
Przewodzące podłoża mocy 4H-SiC są zazwyczaj dostarczane z celową orientacją pozaosiową do wzrostu homoepitaksjalnego.
Półprzewodnikowe podłoża RF, zwłaszcza te przeznaczone jako podłoża obce do epitaksji azotków, są często dostarczane osiowo.
Obecne komercyjne produkty RF HPSI 4H-SiC wykorzystują orientacje osiowe dla niektórych klas podłoży.
Dlatego RFQ powinno jasno określać:
Półprzewodnikowy SiC historycznie był dostępny w mniejszych średnicach niż główne przewodzące podłoża mocy SiC.
Typowe średnice podłoży RF obejmują:
Rozwój dużych średnic trwa, ale dostępność zależy w dużej mierze od:
Kupujący nie powinni zakładać, że każda specyfikacja 200 mm SiC typu n jest automatycznie dostępna jako płytka HPSI 200 mm.
Na przykład, obecne informacje o produktach komercyjnych pokazują oferty 4H HPSI w rozmiarach 100 mm i 150 mm, podczas gdy dostępność 200 mm może być związana z innymi rodzinami produktów SiC.
Z tego powodu dostępność średnicy należy potwierdzić przed sfinalizowaniem procesu urządzenia.
Profesjonalne RFQ powinno zawierać więcej niż tylko średnicę i rezystywność.
| Parametr | Zalecane informacje RFQ |
|---|---|
| Materiał | Monokryształ SiC |
| Polimorf | 4H-SiC |
| Typ elektryczny | Półprzewodnikowy |
| Kompensacja | HPSI / określić, jeśli wymagane |
| Średnica | 100 mm / 150 mm / niestandardowa |
| Orientacja | Osiowa lub określona |
| Polaryzacja powierzchni | Strona Si |
| Grubość | Nominalna + tolerancja |
| Rezystywność | Minimalne wymaganie |
| TTV | Maksymalna |
| Wybrzuszenie | Maksymalna |
| Wypaczenie | Maksymalna |
| Powierzchnia | CMP strony Si, gotowa do epitaksji |
| Chropowatość | Maksymalna Ra |
| Gęstość mikroporów | Maksymalna |
| Gęstość dyslokacji | Wymagany poziom |
| Pęknięcia | Niedozwolone |
| Odłupki krawędzi | Zdefiniować akceptację |
| Zarysowania powierzchni | Zdefiniować akceptację |
| Cząstki | Określić próg inspekcji |
| Tylna powierzchnia | Polerowana optycznie / określona |
| Raport z inspekcji | Wymagany, jeśli potrzebny |
| Identyfikator płytki | Wymagany |
| Opakowanie | Kompatybilne z czystym pomieszczeniem |
Przed zamówieniem półprzewodnikowego SiC do zastosowań RF, kupujący powinni zapytać:
Te pytania ułatwiają porównanie ofert od różnych dostawców podłoży.
Nie ma jednej specyfikacji odpowiedniej dla każdego urządzenia RF.
Jednak w nowoczesnych zastosowaniach podłoży RF 4H-SiC, HPSI jest szczególnie atrakcyjny, ponieważ może zapewnić bardzo wysoką rezystywność bez celowego domieszkowania wanadem.
Eliminuje to jedno źródło celowo wprowadzonej domieszki głębokich poziomów i pomogło HPSI stać się ważną platformą materiałową dla zaawansowanych struktur RF.
SiC domieszkowany wanadem nadal może zapewnić doskonałą rezystywność i pozostaje technicznie istotny, szczególnie dla ugruntowanych platform urządzeń i specyficznych kombinacji podłoży/polimorfów.
Prawidłowa ocena powinna zatem obejmować:
rezystywność
plus
stabilność głębokich poziomów
plus
jakość kryształu
plus
geometrię
plus
przygotowanie powierzchni
zamiast wybierania płytki na podstawie pojedynczej liczby.
Półprzewodnikowy SiC to więcej niż tylko "SiC o wysokiej rezystywności".
Dla urządzeń RF i mikrofalowych podłoże musi zapewniać kombinację:
HPSI 4H-SiC osiąga półprzewodzące zachowanie głównie poprzez wysoką czystość materiału i wewnętrzną kompensację głębokich poziomów, a nie celowe domieszkowanie wanadem.
SiC domieszkowany wanadem wykorzystuje celowo wprowadzone głębokie poziomy do kompensacji resztkowych nośników.
Oba podejścia mogą tworzyć podłoża o wysokiej rezystywności, ale ich fizyka defektów i zachowanie elektryczne są różne.
Dlatego dla zakupu podłoży RF najbardziej użyteczną specyfikacją nie jest po prostu:
Półprzewodnikowy 4H-SiC, wysoka rezystywność
ale kompletna kombinacja:
Polimorf + Metoda kompensacji + Rezystywność + Gęstość defektów + TTV + Wybrzuszenie/Wypaczenie + Chropowatość powierzchni + Jakość CMP + Kryteria inspekcji.
Zapewnia to zarówno dostawcy, jak i producentowi urządzeń RF jasną techniczną podstawę do kwalifikacji płytek.
HPSI oznacza High-Purity Semi-Insulating (Wysokiej Czystości Półprzewodnikowy). W nowoczesnych podłożach 4H-SiC wysoką rezystywność można osiągnąć poprzez kontrolowaną czystość materiału i wewnętrzną kompensację głębokich poziomów, bez celowego domieszkowania kryształu wanadem.
Nie. Oba materiały mogą być półprzewodnikowe, ale mechanizmy kompensacji są różne. HPSI zazwyczaj opiera się na wewnętrznych defektach głębokich poziomów i wysokiej czystości, podczas gdy materiał domieszkowany wanadem celowo wprowadza głębokie poziomy związane z wanadem.
Wymagana wartość zależy od urządzenia RF i warunków pomiaru. Komercyjne produkty półprzewodnikowego SiC mogą określać rezystywność od około 10^6–10^8 Ω·cm lub znacznie wyższą, w zależności od typu materiału, klasy i dostawcy. Kupujący powinni określić zarówno minimalną rezystywność, jak i warunki pomiaru.
Nie automatycznie. Wybór polimorfu zależy od architektury urządzenia, procesu epitaksjalnego i ugruntowanej platformy produkcyjnej. Jednak 4H-SiC stał się ważną platformą komercyjną dla wysokiej czystości półprzewodnikowych podłoży RF.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
Türkçe
polski