פרוסת אפיטקסיאלית SiC להתקני כוח - 4H-SiC, סוג N, צפיפות פגמים נמוכה
תרשים מפורט
מָבוֹא
פרוסות סיליקון קרביד אפיטקסיאליות (SiC Epitaxial Wafer) נמצאות בלב התקני מוליכים למחצה מודרניים בעלי ביצועים גבוהים, במיוחד אלו המיועדים לפעולות בהספק גבוה, בתדירות גבוהה ובטמפרטורה גבוהה. פרוסות סיליקון קרביד אפיטקסיאליות (SiC Epitaxial Wafer) הן קיצור של סיליקון קרביד אפיטקסיאלי, המורכבות משכבה אפיטקסיאלית דקה ואיכותית של SiC הגדלה על גבי מצע SiC בתפזורת. השימוש בטכנולוגיית פרוסות סיליקון אפיטקסיאליות מתרחב במהירות בכלי רכב חשמליים, רשתות חכמות, מערכות אנרגיה מתחדשת ותעופה וחלל בשל תכונותיה הפיזיקליות והאלקטרוניות המעולות בהשוואה לפלסות סיליקון קונבנציונליות.
עקרונות ייצור של פרוסת סיליקון אפיטקסיאלית
יצירת פרוסת אפיטקסיאלית של SiC דורשת תהליך של שקיעת אדים כימית (CVD) מבוקר ביותר. השכבה האפיטקסיאלית גדלה בדרך כלל על מצע SiC חד-גבישי באמצעות גזים כגון סילאן (SiH₄), פרופאן (C₃H₈) ומימן (H₂) בטמפרטורות העולות על 1500 מעלות צלזיוס. גידול אפיטקסיאלי זה בטמפרטורה גבוהה מבטיח יישור גבישי מעולה ופגמים מינימליים בין השכבה האפיטקסיאלית למצע.
התהליך כולל מספר שלבים מרכזיים:
-
הכנת מצעפרוסת ה-SiC הבסיסית מנוקה ומלוטשת עד לקבלת חלקות אטומית.
-
צמיחה של מחלות לב וכלי דםבכור בעל טוהר גבוה, גזים מגיבים לשקיעת שכבת SiC חד-גבישית על המצע.
-
בקרת סימוםסימום מסוג N או מסוג P מוצג במהלך האפיטקסיה כדי להשיג את התכונות החשמליות הרצויות.
-
פיקוח ומטרולוגיהמיקרוסקופיה אופטית, AFM ודיפרקציית קרני רנטגן משמשים לאימות עובי השכבה, ריכוז הסימום וצפיפות הפגמים.
כל פרוסת סיליקון אפיטקסיאלית (SiC) מנוטרת בקפידה כדי לשמור על סבולות הדוקות באחידות עובי, שטוחות פני השטח והתנגדות. היכולת לכוונן פרמטרים אלה חיונית עבור טרנזיסטורי MOSFET במתח גבוה, דיודות Schottky והתקני הספק אחרים.
מִפרָט
| פָּרָמֶטֶר | מִפרָט |
| קטגוריות | מדעי החומרים, מצעים גבישיים יחידים |
| פוליטיפ | 4H |
| סימום | סוג N |
| קוֹטֶר | 101 מ"מ |
| סובלנות קוטר | ± 5% |
| עוֹבִי | 0.35 מ"מ |
| סובלנות עובי | ± 5% |
| אורך שטוח ראשוני | 22 מ"מ (± 10%) |
| TTV (וריאציה כוללת של עובי) | ≤10 מיקרומטר |
| לְעַקֵם | ≤25 מיקרומטר |
| FWHM | ≤30 קשת-שניות |
| גימור פני השטח | Rq ≤0.35 ננומטר |
יישומים של פרוסת סיליקון אפיטקסיאלית
מוצרי פרוסות אפיטקסיאליות של SiC הן הכרחיות במספר מגזרים:
-
כלי רכב חשמליים (EV)התקנים מבוססי פרוסות אפיטקסיאליות של SiC מגבירים את יעילות מערכת ההינע ומפחיתים משקל.
-
אנרגיה מתחדשתמשמש בממירים למערכות אנרגיה סולאריות ואנרגיית רוח.
-
ספקי כוח תעשייתייםמאפשר מיתוג בתדר גבוה וטמפרטורה גבוהה עם הפסדים נמוכים יותר.
-
תעופה וחלל והגנהאידיאלי לסביבות קשות הדורשות מוליכים למחצה חזקים.
-
תחנות בסיס 5Gרכיבי פרוסות אפיטקסיאליות SiC תומכים בצפיפויות הספק גבוהות יותר עבור יישומי RF.
פרוסות סיליקון אפיטקסיאליות (SiC) מאפשרות עיצובים קומפקטיים, מיתוג מהיר יותר ויעילות המרת אנרגיה גבוהה יותר בהשוואה לפלסטיק סיליקון.
יתרונות פרוסת סיליקון אפיטקסיאלית
טכנולוגיית פרוסות אפיטקסיאליות של SiC מציעה יתרונות משמעותיים:
-
מתח פירוק גבוהעומד במתחים גבוהים עד פי 10 מאשר פרוסות סיליקון.
-
מוליכות תרמיתפרוסת סיליקון אפיטקסיאלית (SiC Epitaxial Wafer) מפזרת חום מהר יותר, ומאפשרת למכשירים לפעול בצורה קרירה ואמינה יותר.
-
מהירויות מיתוג גבוהותהפסדי מיתוג נמוכים יותר מאפשרים יעילות גבוהה יותר ומזעור.
-
פער פס רחבמבטיח יציבות במתחים וטמפרטורות גבוהים יותר.
-
עמידות החומרSiC הוא אינרטי מבחינה כימית וחזק מכנית, אידיאלי ליישומים תובעניים.
יתרונות אלה הופכים את פרוסות ה-SiC האפיטקסיאליות לחומר המועדף עבור הדור הבא של מוליכים למחצה.
שאלות נפוצות: פרוסת סיליקון אפיטקסיאלית
שאלה 1: מה ההבדל בין פרוסת סיליקון (SiC) לפרוסת סיליקון אפיטקסיאלית (SiC)?
פרוסת SiC מתייחסת למצע בתפזורת, בעוד שפרוסת SiC אפיטקסיאלית כוללת שכבה מסוממת שגודלה במיוחד המשמשת בייצור המכשיר.
שאלה 2: אילו עוביים זמינים עבור שכבות פרוסות אפיטקסיאליות של SiC?
שכבות אפיטקסיאליות נעות בדרך כלל בין כמה מיקרומטרים ליותר מ-100 מיקרון, בהתאם לדרישות היישום.
שאלה 3: האם פרוסת סיליקון אפיטקסיאלית (SiC) מתאימה לסביבות בטמפרטורה גבוהה?
כן, פרוסות סיליקון אפיטקסיאליות יכולות לפעול בתנאים מעל 600 מעלות צלזיוס, ובכך לעלות על ביצועיהן באופן משמעותי.
שאלה 4: מדוע צפיפות הפגמים חשובה בפרוסות אפיטקסיאליות של SiC?
צפיפות פגמים נמוכה יותר משפרת את ביצועי המכשיר ואת התפוקה, במיוחד עבור יישומי מתח גבוה.
שאלה 5: האם זמינות פרוסות אפיטקסיאליות SiC מסוג N וסוג P?
כן, שני הסוגים מיוצרים באמצעות בקרת גז חומר ממכר מדויקת במהלך התהליך האפיטקסיאלי.
שאלה 6: אילו גדלי פרוסות הם סטנדרטיים עבור פרוסות אפיטקסיאליות של SiC?
קטרים סטנדרטיים כוללים 2 אינץ', 4 אינץ', 6 אינץ', ויותר ויותר 8 אינץ' לייצור בנפח גבוה.
שאלה 7: כיצד משפיעה פרוסת סיליקון אפיטקסיאלית (SiC Epitaxial Wafer) על העלות והיעילות?
למרות שבתחילה הוא יקר יותר מסיליקון, פרוסות אפיטקסיאליות של SiC מפחיתות את גודל המערכת ואת אובדן ההספק, ומשפרות את יעילות העלות הכוללת בטווח הארוך.
