Pambuka Dasar Proses Pertumbuhan Epitaxial SiC

Lapisan epitaxial minangka film kristal tunggal khusus sing ditanam ing wafer kanthi proses ep·itaxial, lan wafer substrat lan film epitaxial diarani wafer epitaxial. Kanthi ngembangake lapisan epitaxial silikon karbida ing substrat silikon karbida konduktif, wafer epitaxial homogen silikon karbida bisa luwih disiapake dadi dioda Schottky, MOSFET, IGBT lan piranti daya liyane, ing antarane substrat 4H-SiC sing paling umum digunakake.

Amarga proses manufaktur beda saka piranti daya silikon karbida lan piranti daya silikon tradisional, ora bisa langsung digawe ing materi kristal tunggal silikon karbida. Bahan epitaxial tambahan sing berkualitas tinggi kudu ditanam ing substrat kristal tunggal konduktif, lan macem-macem piranti kudu digawe ing lapisan epitaxial. Mulane, kualitas lapisan epitaxial duweni pangaruh gedhe marang kinerja piranti kasebut. Peningkatan kinerja piranti daya sing beda-beda uga nyedhiyakake syarat sing luwih dhuwur kanggo ketebalan lapisan epitaxial, konsentrasi doping lan cacat.

Gbr. 1. Hubungan antara konsentrasi doping lan kekandelan lapisan epitaxial piranti unipolar lan voltase pamblokiran

Cara nyiyapake lapisan epitaxial SIC utamane kalebu metode pertumbuhan penguapan, pertumbuhan epitaxial fase cair (LPE), pertumbuhan epitaxial sinar molekul (MBE) lan deposisi uap kimia (CVD). Saiki, deposisi uap kimia (CVD) minangka cara utama sing digunakake kanggo produksi skala gedhe ing pabrik.

Gbr. 2. Perbandingan metode persiapan utama lapisan epitaxial

Ing off-axis {0001} substrate karo Angle miring tartamtu, minangka ditampilake ing Figure 2(b), Kapadhetan lumahing langkah luwih gedhe, lan ukuran lumahing langkah luwih cilik, lan nukleasi kristal ora gampang kanggo dumadi ing lumahing undhak-undhakan, nanging luwih kerep ana ing titik panggabungan langkah. Ing kasus iki, mung ana siji tombol nukleasi. Mulane, lapisan epitaxial sampurna bisa niru urutan tumpukan saka landasan, saéngga mbusak masalah coexistence multi-jinis.

Gbr. 3. Diagram proses fisik metode epitaksi kontrol langkah 4H-SiC

Gbr. 4. Kondisi kritis kanggo pertumbuhan CVD kanthi cara epitaksi sing dikontrol langkah 4H-SiC

Gbr. 5. Perbandingan tingkat pertumbuhan ing sumber silikon sing beda ing epitaksi 4H-SiC

Saiki, teknologi epitaksi silikon karbida relatif diwasa ing aplikasi tegangan rendah lan medium (kayata piranti 1200 volt). Keseragaman kekandelan, keseragaman konsentrasi doping lan distribusi cacat lapisan epitaxial bisa tekan tingkat sing relatif apik, sing bisa nyukupi kabutuhan voltase tengah lan kurang SBD (Schottky diode), MOS (transistor efek medan semikonduktor oksida logam), JBS ( junction diode) lan piranti liyane.

Nanging, ing lapangan tekanan dhuwur, wafer epitaxial isih kudu ngatasi akeh tantangan. Contone, kanggo piranti sing kudu tahan 10.000 volt, kekandelan lapisan epitaxial kudu kira-kira 100μm. Dibandhingake karo piranti voltase kurang, ketebalan lapisan epitaxial lan keseragaman konsentrasi doping beda-beda, utamane keseragaman konsentrasi doping. Ing wektu sing padha, cacat segi telu ing lapisan epitaxial uga bakal ngrusak kinerja sakabèhé piranti kasebut. Ing aplikasi voltase dhuwur, jinis piranti cenderung nggunakake piranti bipolar, sing mbutuhake umur minoritas dhuwur ing lapisan epitaxial, mula proses kasebut kudu dioptimalake kanggo nambah umur minoritas.

Saiki, epitaksi domestik utamane 4 inci lan 6 inci, lan proporsi epitaksi silikon karbida ukuran gedhe saya tambah saben taun. Ukuran sheet epitaxial silikon karbida utamane diwatesi karo ukuran substrat silikon karbida. Saiki, substrat silikon karbida 6-inch wis dikomersialake, mula epitaxial silikon karbida mboko sithik transisi saka 4 inci dadi 6 inci. Kanthi paningkatan teknologi persiapan substrat silikon karbida lan ekspansi kapasitas, rega substrat karbida silikon saya suda. Ing komposisi saka rega sheet epitaxial, substrat akun kanggo luwih saka 50% saka biaya, supaya karo Kurangé populasi saka rega landasan, rega sheet epitaxial silikon karbida uga samesthine kanggo ngurangi.