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	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.