SiC epitaksial wafer til strømforsyninger – 4H-SiC, N-type, lav defektdensitet
Detaljeret diagram
Indledning
SiC-epitaksialwaferen er kernen i moderne højtydende halvlederkomponenter, især dem, der er designet til drift med høj effekt, høj frekvens og høj temperatur. En SiC-epitaksialwafer, en forkortelse for Silicon Carbide Epitaxial Wafer, består af et tyndt, epitaksialt SiC-lag af høj kvalitet, der er dyrket oven på et bulk-SiC-substrat. Brugen af SiC-epitaksialwaferteknologi udvides hurtigt i elbiler, smart grids, vedvarende energisystemer og luftfart på grund af dens overlegne fysiske og elektroniske egenskaber sammenlignet med konventionelle siliciumbaserede wafere.
Fremstillingsprincipper for SiC epitaksial wafer
Fremstilling af en SiC epitaksial wafer kræver en meget kontrolleret kemisk dampaflejringsproces (CVD). Det epitaksiale lag dyrkes typisk på et monokrystallinsk SiC-substrat ved hjælp af gasser som silan (SiH₄), propan (C₃H₈) og hydrogen (H₂) ved temperaturer over 1500°C. Denne højtemperatur epitaksiale vækst sikrer fremragende krystallinsk justering og minimale defekter mellem det epitaksiale lag og substratet.
Processen omfatter flere nøglefaser:
-
SubstratforberedelseSiC-basiswaferen rengøres og poleres til atomar glathed.
-
Vækst i hjerte-kar-sygdommeI en reaktor med høj renhed reagerer gasser og aflejrer et enkeltkrystal SiC-lag på substratet.
-
DopingkontrolN-type eller P-type doping introduceres under epitaksi for at opnå de ønskede elektriske egenskaber.
-
Inspektion og metrologiOptisk mikroskopi, AFM og røntgendiffraktion bruges til at verificere lagtykkelse, doteringskoncentration og defekttæthed.
Hver SiC epitaksial wafer overvåges omhyggeligt for at opretholde snævre tolerancer i tykkelsesensartethed, overfladeplanhed og resistivitet. Evnen til at finjustere disse parametre er afgørende for højspændings-MOSFET'er, Schottky-dioder og andre strømforsyninger.
Specifikation
| Parameter | Specifikation |
| Kategorier | Materialevidenskab, enkeltkrystalsubstrater |
| Polytype | 4H |
| Doping | N-type |
| Diameter | 101 mm |
| Diametertolerance | ± 5% |
| Tykkelse | 0,35 mm |
| Tykkelsestolerance | ± 5% |
| Primær flad længde | 22 mm (± 10%) |
| TTV (Total Tykkelse Variation) | ≤10 µm |
| Forvridning | ≤25 µm |
| FWHM | ≤30 buesekunder |
| Overfladefinish | Rq ≤0,35 nm |
Anvendelser af SiC epitaksial wafer
SiC epitaksiale waferprodukter er uundværlige i flere sektorer:
-
Elbiler (EV'er)SiC epitaksiale waferbaserede enheder øger drivlinjens effektivitet og reducerer vægten.
-
Vedvarende energiAnvendes i invertere til sol- og vindkraftanlæg.
-
Industrielle strømforsyningerMuliggør højfrekvent, højtemperatur-skift med lavere tab.
-
Luftfart og forsvarIdeel til barske miljøer, der kræver robuste halvledere.
-
5G-basestationerSiC epitaksiale waferkomponenter understøtter højere effekttætheder til RF-applikationer.
SiC epitaksialwaferen muliggør kompakte designs, hurtigere skift og højere energiomdannelseseffektivitet sammenlignet med siliciumwafers.
Fordele ved SiC epitaksial wafer
SiC epitaksial waferteknologi tilbyder betydelige fordele:
-
Høj gennemslagsspændingTåler spændinger op til 10 gange højere end Si-wafere.
-
Termisk ledningsevneSiC epitaksial wafer afleder varme hurtigere, hvilket gør det muligt for enheder at køre køligere og mere pålideligt.
-
Høje skiftehastighederLavere koblingstab muliggør højere effektivitet og miniaturisering.
-
Bredt båndgabSikrer stabilitet ved højere spændinger og temperaturer.
-
Materialets robusthedSiC er kemisk inert og mekanisk stærkt, ideelt til krævende applikationer.
Disse fordele gør SiC epitaksialwaferen til det foretrukne materiale til den næste generation af halvledere.
Ofte stillede spørgsmål: SiC epitaksial wafer
Q1: Hvad er forskellen på en SiC-wafer og en SiC epitaksial wafer?
En SiC-wafer refererer til bulksubstratet, mens en SiC-epitaksialwafer omfatter et specielt dyrket doteret lag, der bruges i fremstillingen af enheder.
Q2: Hvilke tykkelser er tilgængelige for SiC epitaksiale waferlag?
Epitaksiale lag varierer typisk fra et par mikrometer til over 100 μm, afhængigt af applikationskravene.
Q3: Er SiC epitaksialwafer egnet til miljøer med høj temperatur?
Ja, SiC epitaksialwafer kan fungere under forhold over 600 °C og yde betydeligt bedre end silicium.
Q4: Hvorfor er defektdensitet vigtig i SiC epitaksialwafer?
Lavere defektdensitet forbedrer enhedens ydeevne og udbytte, især til højspændingsapplikationer.
Q5: Er både N-type og P-type SiC epitaksiale wafere tilgængelige?
Ja, begge typer produceres ved hjælp af præcis dopantgaskontrol under den epitaksiale proces.
Q6: Hvilke waferstørrelser er standard for SiC epitaksiale wafere?
Standarddiametre inkluderer 2 tommer, 4 tommer, 6 tommer og i stigende grad 8 tommer til produktion i store mængder.
Q7: Hvordan påvirker SiC epitaksialwafer omkostninger og effektivitet?
Selvom den i starten er dyrere end silicium, reducerer SiC Epitaxial Wafer systemstørrelse og effekttab, hvilket forbedrer den samlede omkostningseffektivitet på lang sigt.
