פרוסת סיליקון SiCOI 4 אינץ' 6 אינץ' HPSI SiC SiO2 Si תת-מבנה

תיאור קצר:

מאמר זה מציג סקירה מפורטת של פרוסות סיליקון קרביד על מבודד (SiCOI), תוך התמקדות ספציפית במצעים בגודל 4 אינץ' ו-6 אינץ' הכוללים שכבות סיליקון קרביד (SiC) בטוהר גבוה (HPSI) המודבקות על שכבות בידוד סיליקון דו-חמצני (SiO₂) על גבי מצעי סיליקון (Si). מבנה ה-SiCOI משלב את התכונות החשמליות, התרמיות והמכניות יוצאות הדופן של SiC עם יתרונות הבידוד החשמלי של שכבת התחמוצת והתמיכה המכנית של מצע הסיליקון. שימוש ב-HPSI SiC משפר את ביצועי המכשיר על ידי מזעור הולכת המצע והפחתת הפסדים טפיליים, מה שהופך פרוסות אלו לאידיאליות עבור יישומי מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה, תדר גבוה וטמפרטורה גבוהה. תהליך הייצור, מאפייני החומר והיתרונות המבניים של תצורה רב-שכבתית זו נדונים, תוך הדגשת הרלוונטיות שלה לאלקטרוניקת הספק ומערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) מהדור הבא. המחקר משווה גם את התכונות והיישומים הפוטנציאליים של פרוסות SiCOI בגודל 4 אינץ' ו-6 אינץ', תוך הדגשת יכולת ההרחבה וסיכויי האינטגרציה עבור התקני מוליכים למחצה מתקדמים.

שלחו לנו אימייל

תכונות

מבנה פרוסת SiCOI

HPB (הדבקה בעלת ביצועים גבוהים), BIC (מעגל משולב מחובר) ו-SOD (טכנולוגיית סיליקון על יהלום או סיליקון על מבודד). זה כולל:

מדדי ביצועים:

מפרט פרמטרים כמו דיוק, סוגי שגיאות (למשל, "אין שגיאה", "מרחק ערך") ומדידות עובי (למשל, "עובי שכבה ישירה/ק"ג").

טבלה עם ערכים מספריים (אולי פרמטרים ניסיוניים או פרמטרים של תהליך) תחת כותרות כמו "ADDR/SYGBDT", "10/0" וכו'.

נתוני עובי שכבה:

ערכים חוזרים ונשנים רבים שכותרתם "עובי L1 (A)" עד "עובי L270 (A)" (ככל הנראה באנגסטרום, 1 Å = 0.1 ננומטר).

מציע מבנה רב שכבתי עם בקרת עובי מדויקת עבור כל שכבה, אופייני לפלסטיק מתקדם של מוליכים למחצה.

מבנה פרוסת SiCOI

SiCOI (סיליקון קרביד על מבודד) הוא מבנה פרוסה מיוחד המשלב סיליקון קרביד (SiC) עם שכבת בידוד, בדומה ל-SOI (סיליקון על מבודד) אך מותאם ליישומים בעלי הספק גבוה/טמפרטורה גבוהה. מאפיינים עיקריים:

הרכב שכבות:

שכבה עליונה: סיליקון קרביד חד-גבישי (SiC) לניידות אלקטרונים גבוהה ויציבות תרמית.

מבודד קבור: בדרך כלל SiO₂ (תחמוצת) או יהלום (ב-SOD) כדי להפחית את הקיבול הטפילי ולשפר את הבידוד.

מצע בסיס: סיליקון או SiC פוליקריסטלי לתמיכה מכנית

תכונות פרוסת SiCOI

תכונות חשמליות פער מתח רחב (3.2 eV עבור 4H-SiC): מאפשר מתח פריצה גבוה (גבוה פי 10 מסיליקון). מפחית זרמי דליפה, ומשפר את היעילות בהתקני חשמל.

ניידות אלקטרונים גבוהה:~900 סמ"ר/V·s ‏(4H-SiC) לעומת ~1,400 סמ"ר/V·s ‏(Si), אך ביצועים טובים יותר בשדה גבוה.

התנגדות נמוכה במצב הפעלה:טרנזיסטורים מבוססי SiCOI (למשל, MOSFETs) מפגינים הפסדי הולכה נמוכים יותר.

בידוד מעולה:שכבת התחמוצת הקבורה (SiO₂) או היהלום ממזערת את הקיבול הטפילי ואת המעבר בין שתי התקשורת.

תכונות תרמיותמוליכות תרמית גבוהה: SiC (כ-490 W/m·K עבור 4H-SiC) לעומת Si (כ-150 W/m·K). יהלום (אם משמש כמבודד) יכול לעלות על 2,000 W/m·K, מה שמשפר את פיזור החום.

יציבות תרמית:פועל באופן אמין בטמפרטורה של מעל 300°C (לעומת ~150°C עבור סיליקון). מפחית את דרישות הקירור באלקטרוניקה של הספק.

3. תכונות מכניות וכימיותקשיות קיצונית (~9.5 Mohs): עמיד בפני שחיקה, מה שהופך את SiCOI לעמיד בסביבות קשות.

אינרטיות כימית:עמיד בפני חמצון וקורוזיה, אפילו בתנאים חומציים/בסיסיים.

התפשטות תרמית נמוכה:מתאים היטב לחומרים אחרים העמידים בטמפרטורה גבוהה (למשל, GaN).

4. יתרונות מבניים (לעומת SiC או SOI בתפזורת)

הפסדי מצע מופחתים:שכבת בידוד מונעת דליפת זרם לתוך המצע.

ביצועי RF משופרים:קיבול טפילי נמוך יותר מאפשר מיתוג מהיר יותר (שימושי עבור התקני 5G/mmWave).

עיצוב גמיש:שכבה עליונה דקה של SiC מאפשרת קנה מידה אופטימלי של המכשיר (למשל, ערוצים דקים במיוחד בטרנזיסטורים).

השוואה עם SOI ו-SiC בתפזורת

נֶכֶס	סי-COI	SOI (Si/SiO₂/Si)	SiC בתפזורת
פער פס	3.2 eV (SiC)	1.1 eV (סילי)	3.2 eV (SiC)
מוליכות תרמית	גבוה (SiC + יהלום)	נמוך (SiO₂ מגביל את זרימת החום)	גבוה (SiC בלבד)
מתח פירוק	גבוה מאוד	לְמַתֵן	גבוה מאוד
עֲלוּת	גבוה יותר	לְהוֹרִיד	הגבוה ביותר (SiC טהור)

יישומי פרוסות SiCOI

אלקטרוניקה כוח
פרוסות SiCOI נמצאות בשימוש נרחב בהתקני מוליכים למחצה בעלי מתח גבוה והספק גבוה כגון MOSFETs, דיודות Schottky ומתגי חשמל. פער האנרגיה הרחב ומתח הפריצה הגבוה של SiC מאפשרים המרת חשמל יעילה עם הפסדים מופחתים וביצועים תרמיים משופרים.

התקני תדר רדיו (RF)
שכבת הבידוד בפרוסות SiCOI מפחיתה את הקיבול הטפילי, מה שהופך אותן למתאים לטרנזיסטורים ומגברים בתדר גבוה המשמשים בטכנולוגיות טלקומוניקציה, מכ"ם וטכנולוגיות 5G.

מערכות מיקרו-אלקטרומכניות (MEMS)
פרוסות SiCOI מספקות פלטפורמה חזקה לייצור חיישני MEMS ומפעילים הפועלים בצורה אמינה בסביבות קשות הודות לאדישות הכימית והחוזק המכני של SiC.

אלקטרוניקה בטמפרטורה גבוהה
SiCOI מאפשר אלקטרוניקה ששומרת על ביצועים ואמינות בטמפרטורות גבוהות, לטובת יישומים בתעשיית הרכב, התעופה והחלל, בהם התקני סיליקון קונבנציונליים נכשלים.

התקנים פוטוניים ואופטואלקטרוניים
השילוב של התכונות האופטיות של SiC ושכבת הבידוד מאפשר שילוב של מעגלים פוטוניים עם ניהול תרמי משופר.

אלקטרוניקה מוקשה בקרינה
בשל עמידות הקרינה הטבועה של SiC, פרוסות SiCOI אידיאליות עבור יישומים בחלל ובגרעין הדורשים התקנים העומדים בסביבות קרינה גבוהות.

שאלות ותשובות על פרוסות SiCOI

שאלה 1: מהי פרוסת SiCOI?

א: SiCOI הוא ראשי תיבות של סיליקון קרביד על מבודד. זהו מבנה פרוסת סיליקון מוליך למחצה שבו שכבה דקה של סיליקון קרביד (SiC) מחוברת לשכבת בידוד (בדרך כלל סיליקון דיאוקסיד, SiO₂), הנתמכת על ידי מצע סיליקון. מבנה זה משלב את התכונות המצוינות של SiC עם בידוד חשמלי מהמבודד.

שאלה 2: מהם היתרונות העיקריים של פרוסות SiCOI?

ת: היתרונות העיקריים כוללים מתח פריצה גבוה, פער מתח רחב, מוליכות תרמית מצוינת, קשיות מכנית מעולה וקיבול טפילי מופחת הודות לשכבת הבידוד. זה מוביל לשיפור ביצועי המכשיר, היעילות והאמינות.

שאלה 3: מהם היישומים האופייניים של פרוסות SiCOI?

א: הם משמשים באלקטרוניקה להספק, התקני RF בתדר גבוה, חיישני MEMS, אלקטרוניקה בטמפרטורה גבוהה, התקנים פוטוניים ואלקטרוניקה מוקשחת בקרינה.