Oblea de SiCOI de 4 polgadas e 6 polgadas con estrutura de substrato de SiC SiO2 HPSI

Descrición curta:

Este artigo presenta unha visión xeral detallada das obleas de carburo de silicio sobre illante (SiCOI), centrándose especificamente en substratos de 4 e 6 polgadas con capas de carburo de silicio (SiC) semiillantes de alta pureza (HPSI) unidas a capas illantes de dióxido de silicio (SiO₂) sobre substratos de silicio (Si). A estrutura SiCOI combina as excepcionais propiedades eléctricas, térmicas e mecánicas do SiC cos beneficios de illamento eléctrico da capa de óxido e o soporte mecánico do substrato de silicio. A utilización de SiC HPSI mellora o rendemento do dispositivo ao minimizar a condución do substrato e reducir as perdas parasitarias, o que fai que estas obleas sexan ideais para aplicacións de semicondutores de alta potencia, alta frecuencia e alta temperatura. Discútense o proceso de fabricación, as características do material e as vantaxes estruturais desta configuración multicapa, facendo fincapé na súa relevancia para a electrónica de potencia e os sistemas microelectromecánicos (MEMS) de próxima xeración. O estudo tamén compara as propiedades e as posibles aplicacións das obleas SiCOI de 4 e 6 polgadas, destacando as perspectivas de escalabilidade e integración para dispositivos semicondutores avanzados.

Envíanos un correo electrónico

Características

Estrutura da oblea de SiCOI

HPB (unión de alto rendemento), BIC (circuíto integrado unido) e SOD (tecnoloxía de silicio sobre diamante ou similar a silicio sobre illante). Inclúe:

Métricas de rendemento:

Enumera parámetros como a precisión, os tipos de erro (por exemplo, "Sen erro", "Distancia de valor") e as medicións de espesor (por exemplo, "Espesor de capa directa/kg").

Unha táboa con valores numéricos (posiblemente parámetros experimentais ou de proceso) baixo títulos como "ADDR/SYGBDT", "10/0", etc.

Datos de espesor de capa:

Entradas repetitivas extensas etiquetadas como "L1 Grosor (A)" a "L270 Grosor (A)" (probablemente en Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

Suxire unha estrutura multicapa con control preciso do grosor de cada capa, típica nas obleas de semicondutores avanzadas.

Estrutura de obleas de SiCOI

SiCOI (Carburo de silicio sobre illante) é unha estrutura de oblea especializada que combina carburo de silicio (SiC) cunha capa illante, similar a SOI (Silicio sobre illante) pero optimizada para aplicacións de alta potencia/alta temperatura. Características principais:

Composición da capa:

Capa superior: carburo de silicio monocristalino (SiC) para unha alta mobilidade de electróns e estabilidade térmica.

Illante soterrado: Normalmente SiO₂ (óxido) ou diamante (en SOD) para reducir a capacitancia parasitaria e mellorar o illamento.

Substrato base: silicio ou SiC policristalino para soporte mecánico

Propiedades da oblea de SiCOI

Propiedades eléctricas Banda prohibida ampla (3,2 eV para 4H-SiC): permite unha tensión de ruptura elevada (>10 veces maior que a do silicio). Reduce as correntes de fuga, mellorando a eficiencia nos dispositivos de alimentación.

Alta mobilidade electrónica:~900 cm²/V·s (4H-SiC) fronte a ~1.400 cm²/V·s (Si), pero mellor rendemento en campos altos.

Baixa resistencia:Os transistores baseados en SiCOI (por exemplo, os MOSFET) presentan perdas de condución máis baixas.

Excelente illamento:A capa de óxido (SiO₂) ou de diamante soterrada minimiza a capacitancia parasita e a diafonía.

Propiedades térmicasAlta condutividade térmica: SiC (~490 W/m·K para 4H-SiC) fronte a Si (~150 W/m·K). O diamante (se se usa como illante) pode superar os 2000 W/m·K, o que mellora a disipación da calor.

Estabilidade térmica:Funciona de forma fiable a >300 °C (fronte aos ~150 °C do silicio). Reduce as necesidades de refrixeración na electrónica de potencia.

3. Propiedades mecánicas e químicasDureza extrema (~9,5 Mohs): Resiste o desgaste, o que fai que o SiCOI sexa duradeiro para ambientes agresivos.

Inercia química:Resiste á oxidación e á corrosión, mesmo en condicións ácidas/alcalinas.

Baixa expansión térmica:Combina ben con outros materiais de alta temperatura (por exemplo, GaN).

4. Vantaxes estruturais (en comparación co SiC ou SOI a granel)

Perdas de substrato reducidas:A capa illante impide as fugas de corrente no substrato.

Rendemento de RF mellorado:Unha menor capacitancia parasitaria permite unha conmutación máis rápida (útil para dispositivos 5G/mmWave).

Deseño flexible:A capa superior fina de SiC permite unha escala optimizada do dispositivo (por exemplo, canles ultrafinas en transistores).

Comparación con SOI e SiC a granel

Propiedade	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	SiC a granel
Banda prohibida	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Condutividade térmica	Alto (SiC + diamante)	Baixo (o SiO₂ limita o fluxo de calor)	Alto (só SiC)
Tensión de ruptura	Moi alto	Moderado	Moi alto
Custo	Máis alto	Inferior	O máis alto (SiC puro)

Aplicacións das obleas de SiCOI

Electrónica de potencia
As obleas de SiCOI úsanse amplamente en dispositivos semicondutores de alta tensión e alta potencia como MOSFET, díodos Schottky e interruptores de potencia. A ampla banda prohibida e a alta tensión de ruptura do SiC permiten unha conversión de potencia eficiente con perdas reducidas e un rendemento térmico mellorado.

Dispositivos de radiofrecuencia (RF)
A capa illante das obleas de SiCOI reduce a capacitancia parasitaria, o que as fai axeitadas para transistores e amplificadores de alta frecuencia empregados en tecnoloxías de telecomunicacións, radar e 5G.

Sistemas microelectromecánicos (MEMS)
As obleas de SiCOI proporcionan unha plataforma robusta para a fabricación de sensores e actuadores MEMS que funcionan de forma fiable en ambientes agresivos debido á inercia química e á resistencia mecánica do SiC.

Electrónica de alta temperatura
O SiCOI permite que a electrónica manteña o rendemento e a fiabilidade a temperaturas elevadas, o que beneficia as aplicacións automotrices, aeroespaciais e industriais onde fallan os dispositivos de silicio convencionais.

Dispositivos fotónicos e optoelectrónicos
A combinación das propiedades ópticas do SiC e a capa illante facilita a integración de circuítos fotónicos cunha xestión térmica mellorada.

Electrónica endurecida pola radiación
Debido á tolerancia inherente á radiación do SiC, as obleas de SiCOI son ideais para aplicacións espaciais e nucleares que requiren dispositivos que soporten ambientes de alta radiación.

Preguntas e respostas sobre a oblea de SiCOI

P1: Que é unha oblea de SiCOI?

R: SiCOI significa Silicon Carbide-on-Insulator (Carburo de Silicio sobre Illante). Trátase dunha estrutura de oblea semiconductora onde unha capa fina de carburo de silicio (SiC) se une a unha capa illante (xeralmente dióxido de silicio, SiO₂), que está soportada por un substrato de silicio. Esta estrutura combina as excelentes propiedades do SiC co illamento eléctrico do illante.

P2: Cales son as principais vantaxes das obleas de SiCOI?

R: As principais vantaxes inclúen unha alta tensión de ruptura, unha ampla banda prohibida, unha excelente condutividade térmica, unha dureza mecánica superior e unha capacitancia parasitaria reducida grazas á capa illante. Isto leva a unha mellora do rendemento, a eficiencia e a fiabilidade do dispositivo.

P3: Cales son as aplicacións típicas das obleas de SiCOI?

R: Úsanse en electrónica de potencia, dispositivos de radiofrecuencia de alta frecuencia, sensores MEMS, electrónica de alta temperatura, dispositivos fotónicos e electrónica endurecida por radiación.