SICOI (siliciumkarbid på isolator) wafere SiC-film PÅ silicium
Detaljeret diagram
Introduktion af siliciumcarbid på isolator (SICOI) wafere
Siliciumcarbid på isolator (SICOI) wafere er næste generations halvledersubstrater, der integrerer de overlegne fysiske og elektroniske egenskaber ved siliciumcarbid (SiC) med de enestående elektriske isoleringsegenskaber ved et isolerende bufferlag, såsom siliciumdioxid (SiO₂) eller siliciumnitrid (Si₃N₄). En typisk SICOI-wafer består af et tyndt epitaksialt SiC-lag, en mellemliggende isolerende film og et understøttende basissubstrat, som kan være enten silicium eller SiC.
Denne hybridstruktur er konstrueret til at opfylde de strenge krav til elektroniske enheder med høj effekt, høj frekvens og høj temperatur. Ved at inkorporere et isolerende lag minimerer SICOI-wafere parasitisk kapacitans og undertrykker lækstrømme, hvilket sikrer højere driftsfrekvenser, bedre effektivitet og forbedret termisk styring. Disse fordele gør dem yderst værdifulde i sektorer som elbiler, 5G-telekommunikationsinfrastruktur, luftfartssystemer, avanceret RF-elektronik og MEMS-sensorteknologier.
Produktionsprincippet for SICOI-wafere
SICOI (Silicon Carbide on Insulator) wafere fremstilles gennem en avanceretwaferbinding og udtyndingsproces:
-
SiC-substratvækst– En højkvalitets enkeltkrystal SiC-wafer (4H/6H) fremstilles som donormateriale.
-
Aflejring af isolerende lag– En isolerende film (SiO₂ eller Si₃N₄) dannes på bærewaferen (Si eller SiC).
-
Waferbinding– SiC-waferen og bærewaferen er bundet sammen under høj temperatur eller plasmaassistance.
-
Udtynding og polering– SiC-donorwaferen tyndes ned til et par mikrometer og poleres for at opnå en atomart glat overflade.
-
Slutinspektion– Den færdige SICOI-wafer testes for tykkelsesensartethed, overfladeruhed og isoleringsevne.
Gennem denne proces, entyndt aktivt SiC-lagmed fremragende elektriske og termiske egenskaber kombineres med en isolerende film og et støttesubstrat, hvilket skaber en højtydende platform til næste generations strøm- og RF-enheder.
Vigtigste fordele ved SICOI-wafere
| Funktionskategori | Tekniske egenskaber | Kernefordele |
|---|---|---|
| Materialestruktur | 4H/6H-SiC aktivt lag + isolerende film (SiO₂/Si₃N₄) + Si- eller SiC-bærer | Opnår stærk elektrisk isolation, reducerer parasitisk interferens |
| Elektriske egenskaber | Høj gennemslagsstyrke (>3 MV/cm), lavt dielektrisk tab | Optimeret til højspændings- og højfrekvensdrift |
| Termiske egenskaber | Varmeledningsevne op til 4,9 W/cm·K, stabil over 500°C | Effektiv varmeafledning, fremragende ydeevne under barske termiske belastninger |
| Mekaniske egenskaber | Ekstrem hårdhed (Mohs 9,5), lav termisk udvidelseskoefficient | Robust mod stress, forlænger enhedens levetid |
| Overfladekvalitet | Ultraglat overflade (Ra <0,2 nm) | Fremmer defektfri epitaksi og pålidelig enhedsfremstilling |
| Isolering | Modstand >10¹⁴ Ω·cm, lav lækstrøm | Pålidelig drift i RF- og højspændingsisoleringsapplikationer |
| Størrelse og tilpasning | Fås i 4, 6 og 8 tommer formater; SiC-tykkelse 1-100 μm; isolering 0,1-10 μm | Fleksibelt design til forskellige applikationskrav |
Kerneanvendelsesområder
| Anvendelsessektor | Typiske brugsscenarier | Ydelsesfordele |
|---|---|---|
| Effektelektronik | EV-invertere, ladestationer, industrielle strømforsyninger | Høj gennemslagsspænding, reduceret koblingstab |
| RF og 5G | Basestationseffektforstærkere, millimeterbølgekomponenter | Lav parasitaktivitet, understøtter operationer i GHz-området |
| MEMS-sensorer | Tryksensorer til barske miljøer, MEMS i navigationskvalitet | Høj termisk stabilitet, modstandsdygtig over for stråling |
| Luftfart og forsvar | Satellitkommunikation, flyelektronik-strømmoduler | Pålidelighed i ekstreme temperaturer og strålingseksponering |
| Smart Grid | HVDC-konvertere, solid-state-afbrydere | Høj isolering minimerer strømtab |
| Optoelektronik | UV-LED'er, lasersubstrater | Høj krystallinsk kvalitet understøtter effektiv lysudsendelse |
Fremstilling af 4H-SiCOI
Produktionen af 4H-SiCOI-wafere opnås gennemwaferbinding og udtyndingsprocesser, hvilket muliggør isolerende grænseflader af høj kvalitet og defektfri SiC-aktive lag.
-
aSkematisk fremstilling af 4H-SiCOI-materialeplatformen.
-
bBillede af en 4-tommer 4H-SiCOI-wafer ved hjælp af bonding og udtynding; defektzoner markeret.
-
cTykkelsesensartethedskarakterisering af 4H-SiCOI-substratet.
-
dOptisk billede af en 4H-SiCOI-matrice.
-
eProcesforløb for fremstilling af en SiC-mikrodiskresonator.
-
fSEM af en færdig mikrodiskresonator.
-
gForstørret SEM, der viser resonatorens sidevæg; AFM-indsæt viser nanoskalaoverfladeglathed.
-
hTværsnits-SEM, der illustrerer en parabolskformet øvre overflade.
Ofte stillede spørgsmål om SICOI-vafler
Q1: Hvilke fordele har SICOI-wafere i forhold til traditionelle SiC-wafere?
A1: I modsætning til standard SiC-substrater indeholder SICOI-wafere et isolerende lag, der reducerer parasitisk kapacitans og lækstrømme, hvilket fører til højere effektivitet, bedre frekvensrespons og overlegen termisk ydeevne.
Q2: Hvilke waferstørrelser er typisk tilgængelige?
A2: SICOI-wafere produceres almindeligvis i 4-tommer, 6-tommer og 8-tommer formater, med tilpasset SiC og isoleringslagtykkelse tilgængelig afhængigt af enhedens krav.
Q3: Hvilke industrier drager mest fordel af SICOI-wafere?
A3: Nøgleindustrier omfatter effektelektronik til elbiler, RF-elektronik til 5G-netværk, MEMS til rumfartssensorer og optoelektronik såsom UV-LED'er.
Q4: Hvordan forbedrer det isolerende lag enhedens ydeevne?
A4: Den isolerende film (SiO₂ eller Si₃N₄) forhindrer strømlækage og reducerer elektrisk krydstale, hvilket muliggør højere spændingsudholdenhed, mere effektiv kobling og reduceret varmetab.
Q5: Er SICOI-wafere egnede til højtemperaturapplikationer?
A5: Ja, med høj termisk ledningsevne og modstand over 500 °C er SICOI-wafere designet til at fungere pålideligt under ekstrem varme og i barske miljøer.
Q6: Kan SICOI-wafere tilpasses?
A6: Absolut. Producenter tilbyder skræddersyede designs til specifikke tykkelser, doteringsniveauer og substratkombinationer for at imødekomme forskellige forsknings- og industrielle behov.
