פרוסות סיליקון קרביד SICOI (סיליקון קרביד על מבודד) סרט SiC על סיליקון
תרשים מפורט
הצגת פרוסות סיליקון קרביד על מבודדים (SICOI)
פרוסות סיליקון קרביד על מבודד (SICOI) הן מצעים של מוליכים למחצה מהדור הבא המשלבים את התכונות הפיזיקליות והאלקטרוניות המעולות של סיליקון קרביד (SiC) עם מאפייני הבידוד החשמלי המצוינים של שכבת חיץ מבודדת, כגון סיליקון דיאוקסיד (SiO₂) או סיליקון ניטריד (Si₃N₄). פרוסת SICOI טיפוסית מורכבת משכבת SiC אפיטקסיאלית דקה, סרט מבודד ביניים ומצע בסיס תומך, שיכול להיות סיליקון או SiC.
מבנה היברידי זה תוכנן לעמוד בדרישות המחמירות של התקנים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה, תדר גבוה וטמפרטורה גבוהה. על ידי שילוב שכבת בידוד, פרוסות SICOI ממזערות קיבול טפילי ומדכאות זרמי דליפה, ובכך מבטיחות תדרי פעולה גבוהים יותר, יעילות טובה יותר וניהול תרמי משופר. יתרונות אלה הופכים אותן לבעלות ערך רב במגזרים כגון כלי רכב חשמליים, תשתיות טלקומוניקציה 5G, מערכות תעופה וחלל, אלקטרוניקה מתקדמת RF וטכנולוגיות חיישני MEMS.
עקרון הייצור של פרוסות SICOI
פרוסות סיליקון קרביד על מבודד (SICOI) מיוצרות באמצעות שיטה מתקדמתתהליך הדבקה ודילול ופלים:
-
גידול מצע SiC– מוכן פרוסת סיליקון חד-גבישית באיכות גבוהה (4H/6H) כחומר התורם.
-
שקיעת שכבת בידוד– נוצרת שכבה מבודדת (SiO₂ או Si₃N₄) על גבי פרוסת הנשא (Si או SiC).
-
קשירת פרוסות– פרוסת ה-SiC ופסת הנשא מחוברות יחד בסיוע טמפרטורה גבוהה או פלזמה.
-
דילול וליטוש– פרוסת ה-SiC מדוללת לכמה מיקרומטרים ומלוטשת כדי להשיג משטח חלק מבחינה אטומית.
-
בדיקה סופית– פרוסת ה-SICOI המוגמרת נבדקת לאחידות עובי, חספוס פני השטח וביצועי בידוד.
באמצעות תהליך זה, אשכבה דקה של SiC פעילהבעל תכונות חשמליות ותרמיות מצוינות משולב עם סרט מבודד ומצע תמיכה, ויוצר פלטפורמה בעלת ביצועים גבוהים עבור התקני חשמל ותדר רדיו מהדור הבא.
יתרונות עיקריים של פרוסות SICOI
| קטגוריית תכונה | מאפיינים טכניים | יתרונות ליבה |
|---|---|---|
| מבנה חומרי | שכבה פעילה 4H/6H-SiC + סרט מבודד (SiO₂/Si₃N₄) + נשא Si או SiC | משיג בידוד חשמלי חזק, מפחית הפרעות טפיליות |
| תכונות חשמליות | חוזק פריצה גבוה (>3 MV/cm), אובדן דיאלקטרי נמוך | אופטימלי לפעולה במתח גבוה ובתדר גבוה |
| תכונות תרמיות | מוליכות תרמית עד 4.9 וואט/ס"מ·קלווין, יציבה מעל 500°C | פיזור חום יעיל, ביצועים מצוינים תחת עומסים תרמיים קשים |
| תכונות מכניות | קשיות קיצונית (Mohs 9.5), מקדם התפשטות תרמית נמוך | עמיד בפני לחץ, משפר את אורך חיי המכשיר |
| איכות פני השטח | משטח חלק במיוחד (Ra <0.2 ננומטר) | מקדם אפיטקסיה ללא פגמים וייצור אמין של המכשיר |
| בִּדוּד | התנגדות >10¹⁴ Ω·cm, זרם דליפה נמוך | פעולה אמינה ביישומי בידוד RF ומתח גבוה |
| גודל והתאמה אישית | זמין בפורמטים של 4, 6 ו-8 אינץ'; עובי SiC 1–100 מיקרון; בידוד 0.1–10 מיקרון | עיצוב גמיש לדרישות יישומים שונות |
תחומי יישום מרכזיים
| מגזר יישומים | מקרי שימוש אופייניים | יתרונות ביצועים |
|---|---|---|
| אלקטרוניקה כוח | ממירים לרכבים חשמליים, תחנות טעינה, מכשירי חשמל תעשייתיים | מתח פריצה גבוה, אובדן מיתוג מופחת |
| RF ו-5G | מגברי הספק של תחנת בסיס, רכיבי גל מילימטר | טפיליות נמוכות, תומך בפעולות בטווח GHz |
| חיישני MEMS | חיישני לחץ לסביבה קשה, MEMS ברמת ניווט | יציבות תרמית גבוהה, עמיד בפני קרינה |
| תעופה וחלל והגנה | תקשורת לוויינית, מודולי כוח לאוויוניקה | אמינות בטמפרטורות קיצוניות וחשיפה לקרינה |
| רשת חכמה | ממירי HVDC, מפסקי זרם מצב מוצק | בידוד גבוה ממזער אובדן חשמל |
| אופטואלקטרוניקה | נורות LED UV, מצעי לייזר | איכות גבישית גבוהה תומכת בפליטת אור יעילה |
ייצור של 4H-SiCOI
ייצור פרוסות 4H-SiCOI מושג באמצעותתהליכי קשירה ודילול ופלים, המאפשרים ממשקי בידוד איכותיים ושכבות אקטיביות SiC ללא פגמים.
-
aסכמטיקה של ייצור פלטפורמת החומר 4H-SiCOI.
-
bתמונה של פרוסת סיליקון 4H-SiCOI בגודל 4 אינץ' באמצעות קשירה ודילול; אזורי פגם מסומנים.
-
cאפיון אחידות עובי של מצע 4H-SiCOI.
-
dתמונה אופטית של שבב 4H-SiCOI.
-
eזרימת תהליך לייצור מהוד מיקרודיסק SiC.
-
f: SEM של מהוד מיקרודיסק גמור.
-
gצילום SEM מוגדל המציג דופן צדדית של המהוד; הכנסת AFM מתארת חלקות פני שטח בקנה מידה ננומטרי.
-
hחתך רוחב SEM הממחיש משטח עליון בצורת פרבולה.
שאלות נפוצות על ופלים של SICOI
שאלה 1: מהם היתרונות של פרוסות SICOI על פני פרוסות SiC מסורתיות?
A1: בניגוד למצעי SiC סטנדרטיים, פרוסות SICOI כוללות שכבת בידוד המפחיתה קיבול טפילי וזרמי דליפה, מה שמוביל ליעילות גבוהה יותר, תגובת תדר טובה יותר וביצועים תרמיים מעולים.
שאלה 2: אילו גדלי פרוסות זמינים בדרך כלל?
A2: פרוסות SICOI מיוצרות בדרך כלל בפורמטים של 4 אינץ', 6 אינץ' ו-8 אינץ', כאשר עובי שכבת SiC ועובי שכבת בידוד מותאמים אישית זמינים בהתאם לדרישות המכשיר.
שאלה 3: אילו תעשיות מרוויחות הכי הרבה מוופלים של SICOI?
A3: תעשיות מפתח כוללות אלקטרוניקה להספק עבור כלי רכב חשמליים, אלקטרוניקה RF עבור רשתות 5G, MEMS עבור חיישני חלל ואופטואלקטרוניקה כגון נורות LED UV.
שאלה 4: כיצד שכבת הבידוד משפרת את ביצועי המכשיר?
A4: שכבת הבידוד (SiO₂ או Si₃N₄) מונעת דליפת זרם ומפחיתה מעבר חשמלי, מה שמאפשר עמידות מתח גבוהה יותר, מיתוג יעיל יותר ואובדן חום מופחת.
שאלה 5: האם פרוסות SICOI מתאימות ליישומים בטמפרטורה גבוהה?
A5: כן, עם מוליכות תרמית גבוהה ועמידות מעל 500°C, פרוסות SICOI מתוכננות לתפקד באופן אמין תחת חום קיצוני ובסביבות קשות.
שאלה 6: האם ניתן להתאים אישית פרוסות SICOI?
A6: בהחלט. יצרנים מציעים עיצובים מותאמים אישית לעוביים ספציפיים, רמות סימום ושילובי מצעים כדי לענות על צרכים מגוונים של מחקר ותעשייה.
