เวเฟอร์ SICOI (ซิลิกอนคาร์ไบด์บนฉนวน) ฟิล์ม SiC บนซิลิกอน
แผนภาพรายละเอียด
การแนะนำเวเฟอร์ซิลิกอนคาร์ไบด์บนฉนวน (SICOI)
เวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์บนฉนวน (SICOI) เป็นวัสดุรองรับเซมิคอนดักเตอร์รุ่นใหม่ที่ผสานคุณสมบัติทางกายภาพและอิเล็กทรอนิกส์อันเหนือชั้นของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เข้ากับคุณสมบัติการแยกทางไฟฟ้าอันโดดเด่นของชั้นบัฟเฟอร์ฉนวน เช่น ซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO₂) หรือซิลิกอนไนไตรด์ (Si₃N₄) เวเฟอร์ SICOI ทั่วไปประกอบด้วยชั้น SiC แบบเอพิแทกเซียลบางๆ ฟิล์มฉนวนชั้นกลาง และแผ่นรองรับฐาน ซึ่งอาจเป็นซิลิกอนหรือซิลิกอนก็ได้
โครงสร้างไฮบริดนี้ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง ความถี่สูง และอุณหภูมิสูง ด้วยการผสานชั้นฉนวน เวเฟอร์ SICOI ช่วยลดความจุปรสิตและป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่ว จึงมั่นใจได้ถึงความถี่ในการทำงานที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น และการจัดการความร้อนที่ดีขึ้น ประโยชน์เหล่านี้ทำให้เวเฟอร์ SICOI มีคุณค่าอย่างยิ่งในภาคส่วนต่างๆ เช่น ยานยนต์ไฟฟ้า โครงสร้างพื้นฐานโทรคมนาคม 5G ระบบการบินและอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ RF ขั้นสูง และเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ MEMS
หลักการผลิตเวเฟอร์ SICOI
เวเฟอร์ SICOI (ซิลิกอนคาร์ไบด์บนฉนวน) ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงกระบวนการเชื่อมและทำให้บางของเวเฟอร์:
-
การเจริญเติบโตของสารตั้งต้น SiC– เวเฟอร์ SiC ผลึกเดี่ยวคุณภาพสูง (4H/6H) จะถูกเตรียมไว้เป็นวัสดุบริจาค
-
การสะสมชั้นฉนวน– ฟิล์มฉนวน (SiO₂ หรือ Si₃N₄) ถูกสร้างขึ้นบนเวเฟอร์ตัวพา (Si หรือ SiC)
-
การเชื่อมเวเฟอร์– เวเฟอร์ SiC และเวเฟอร์ตัวพาถูกยึดเข้าด้วยกันภายใต้ความร้อนสูงหรือความช่วยเหลือจากพลาสมา
-
การทำให้บางลงและการขัดเงา– เวเฟอร์ผู้บริจาค SiC จะถูกทำให้บางลงเหลือเพียงไม่กี่ไมโครเมตรและขัดเงาเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียนในระดับอะตอม
-
การตรวจสอบขั้นสุดท้าย– เวเฟอร์ SICOI ที่สร้างเสร็จแล้วได้รับการทดสอบความสม่ำเสมอของความหนา ความหยาบของพื้นผิว และประสิทธิภาพของฉนวน
โดยผ่านกระบวนการนี้ชั้น SiC แอคทีฟบางๆด้วยคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนที่ยอดเยี่ยม ผสมผสานกับฟิล์มฉนวนและพื้นผิวรองรับ สร้างแพลตฟอร์มประสิทธิภาพสูงสำหรับอุปกรณ์พลังงานและ RF รุ่นถัดไป
ข้อได้เปรียบหลักของเวเฟอร์ SICOI
| หมวดหมู่คุณสมบัติ | ลักษณะทางเทคนิค | ประโยชน์หลัก |
|---|---|---|
| โครงสร้างวัสดุ | ชั้นแอคทีฟ 4H/6H-SiC + ฟิล์มฉนวน (SiO₂/Si₃N₄) + ตัวพา Si หรือ SiC | บรรลุการแยกไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง ลดการรบกวนจากปรสิต |
| คุณสมบัติทางไฟฟ้า | ความแข็งแรงในการพังทลายสูง (>3 MV/cm) การสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ | ปรับให้เหมาะสมสำหรับการทำงานแรงดันไฟฟ้าสูงและความถี่สูง |
| คุณสมบัติทางความร้อน | ค่าการนำความร้อนสูงถึง 4.9 W/cm·K เสถียรที่อุณหภูมิสูงกว่า 500°C | การกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมภายใต้ภาระความร้อนที่รุนแรง |
| คุณสมบัติเชิงกล | ความแข็งระดับสูงสุด (Mohs 9.5) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ | ทนทานต่อแรงกด เพิ่มอายุการใช้งานของอุปกรณ์ |
| คุณภาพพื้นผิว | พื้นผิวเรียบเนียนเป็นพิเศษ (Ra <0.2 nm) | ส่งเสริมการผลิตอุปกรณ์ที่ปราศจากข้อบกพร่องและเชื่อถือได้ |
| ฉนวนกันความร้อน | ความต้านทาน >10¹⁴ Ω·cm กระแสไฟรั่วต่ำ | การทำงานที่เชื่อถือได้ใน RF และการใช้งานการแยกแรงดันไฟฟ้าสูง |
| ขนาดและการปรับแต่ง | มีให้เลือกในรูปแบบ 4, 6 และ 8 นิ้ว ความหนา SiC 1–100 μm ฉนวน 0.1–10 μm | การออกแบบที่ยืดหยุ่นสำหรับความต้องการการใช้งานที่แตกต่างกัน |
พื้นที่การใช้งานหลัก
| ภาคส่วนแอปพลิเคชัน | กรณีการใช้งานทั่วไป | ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ |
|---|---|---|
| อิเล็กทรอนิกส์กำลัง | อินเวอร์เตอร์ EV สถานีชาร์จ อุปกรณ์พลังงานอุตสาหกรรม | แรงดันพังทลายสูง ลดการสูญเสียการสลับ |
| RF และ 5G | เครื่องขยายกำลังของสถานีฐาน ส่วนประกอบคลื่นมิลลิเมตร | ปรสิตต่ำ รองรับการทำงานช่วง GHz |
| เซ็นเซอร์ MEMS | เซ็นเซอร์วัดแรงดันสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง MEMS ระดับนำทาง | มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง ทนทานต่อรังสี |
| การบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ | การสื่อสารผ่านดาวเทียม โมดูลพลังงานอิเล็กทรอนิกส์การบิน | ความน่าเชื่อถือในอุณหภูมิที่รุนแรงและการได้รับรังสี |
| สมาร์ทกริด | ตัวแปลง HVDC, เบรกเกอร์วงจรโซลิดสเตต | ฉนวนกันความร้อนสูงช่วยลดการสูญเสียพลังงาน |
| ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ | หลอด LED UV, สารตั้งต้นเลเซอร์ | คุณภาพผลึกสูงรองรับการปล่อยแสงที่มีประสิทธิภาพ |
การผลิต 4H-SiCOI
การผลิตเวเฟอร์ 4H-SiCOI ทำได้โดยกระบวนการเชื่อมและทำให้บางของเวเฟอร์ช่วยให้มีอินเทอร์เฟซฉนวนคุณภาพสูงและชั้น SiC ที่ใช้งานอยู่ปราศจากข้อบกพร่อง
-
a:แผนผังการผลิตแพลตฟอร์มวัสดุ 4H-SiCOI
-
b:ภาพเวเฟอร์ 4H-SiCOI ขนาด 4 นิ้วที่ใช้การเชื่อมติดและการทำให้บางลง โดยมีการทำเครื่องหมายโซนข้อบกพร่อง
-
c:การกำหนดลักษณะความสม่ำเสมอของความหนาของสารตั้งต้น 4H-SiCOI
-
d:ภาพออปติคอลของแม่พิมพ์ 4H-SiCOI
-
e:กระบวนการไหลของการผลิตเรโซเนเตอร์ไมโครดิสก์ SiC
-
f:SEM ของเรโซเนเตอร์ไมโครดิสก์ที่สร้างเสร็จแล้ว
-
g:ภาพขยาย SEM แสดงให้เห็นผนังด้านข้างของเรโซเนเตอร์ ภาพแทรก AFM แสดงถึงความเรียบของพื้นผิวในระดับนาโน
-
h:ภาพตัดขวาง SEM แสดงให้เห็นพื้นผิวด้านบนที่มีรูปร่างเป็นพาราโบลา
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเวเฟอร์ SICOI
คำถามที่ 1: เวเฟอร์ SICOI มีข้อได้เปรียบเหนือเวเฟอร์ SiC แบบดั้งเดิมอย่างไร?
A1: เวเฟอร์ SICOI มีชั้นฉนวนที่ช่วยลดความจุปรสิตและกระแสรั่วไหล ซึ่งแตกต่างจากแผ่นรองรับ SiC มาตรฐาน ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ตอบสนองความถี่ได้ดีขึ้น และประสิทธิภาพความร้อนเหนือกว่า
คำถามที่ 2: โดยทั่วไปเวเฟอร์มีขนาดใดบ้าง?
A2: เวเฟอร์ SICOI มักผลิตในรูปแบบขนาด 4 นิ้ว 6 นิ้ว และ 8 นิ้ว โดยมี SiC ที่กำหนดเองและความหนาของชั้นฉนวนให้เลือกขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของอุปกรณ์
ไตรมาสที่ 3: อุตสาหกรรมใดได้รับประโยชน์สูงสุดจากเวเฟอร์ SICOI?
A3: อุตสาหกรรมหลักได้แก่ อิเล็กทรอนิกส์กำลังสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ RF สำหรับเครือข่าย 5G, MEMS สำหรับเซ็นเซอร์การบินและอวกาศ และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ เช่น LED UV
ไตรมาสที่ 4: ชั้นฉนวนช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ได้อย่างไร
A4: ฟิล์มฉนวน (SiO₂ หรือ Si₃N₄) ช่วยป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าและลดการสื่อสารข้ามสายไฟฟ้า ช่วยให้ทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้มากขึ้น สลับการทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และลดการสูญเสียความร้อน
คำถามที่ 5: เวเฟอร์ SICOI เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงหรือไม่
A5: ใช่ ด้วยความสามารถในการนำความร้อนสูงและความต้านทานเกิน 500°C เวเฟอร์ SICOI จึงได้รับการออกแบบมาให้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้ความร้อนสูงหรือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
Q6: เวเฟอร์ SICOI สามารถปรับแต่งได้หรือไม่?
A6: แน่นอนครับ ผู้ผลิตนำเสนอการออกแบบเฉพาะสำหรับความหนา ระดับการเจือปน และการผสมผสานวัสดุพิมพ์ เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการวิจัยและอุตสาหกรรมที่หลากหลาย
