แผ่นเวเฟอร์ SICOI (ซิลิคอนคาร์ไบด์บนฉนวน) ฟิล์ม SiC บนซิลิคอน

คำอธิบายโดยย่อ:

แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์บนฉนวน (SICOI) เป็นวัสดุพื้นฐานเซมิคอนดักเตอร์รุ่นใหม่ที่ผสานรวมคุณสมบัติทางกายภาพและอิเล็กทรอนิกส์ที่เหนือกว่าของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เข้ากับคุณลักษณะการแยกทางไฟฟ้าที่โดดเด่นของชั้นบัฟเฟอร์ฉนวน เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) หรือซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄) แผ่นเวเฟอร์ SICOI ทั่วไปประกอบด้วยชั้น SiC แบบเอพิแทกเซียลบางๆ ฟิล์มฉนวนระดับกลาง และพื้นผิวรองรับ ซึ่งอาจเป็นซิลิคอนหรือ SiC ก็ได้

ส่งอีเมลถึงเรา

คุณสมบัติ

แผนภาพโดยละเอียด

การแนะนำเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์บนฉนวน (SICOI)

โครงสร้างแบบไฮบริดนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง ความถี่สูง และอุณหภูมิสูง โดยการรวมชั้นฉนวนเข้าไว้ด้วยกัน แผ่นเวเฟอร์ SICOI ช่วยลดความจุไฟฟ้าแฝงและระงับกระแสรั่วไหล ทำให้มั่นใจได้ถึงความถี่ในการทำงานที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น และการจัดการความร้อนที่ดีขึ้น ข้อดีเหล่านี้ทำให้แผ่นเวเฟอร์ SICOI มีคุณค่าอย่างยิ่งในภาคส่วนต่างๆ เช่น ยานยนต์ไฟฟ้า โครงสร้างพื้นฐานโทรคมนาคม 5G ระบบการบินและอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ RF ขั้นสูง และเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ MEMS

หลักการผลิตเวเฟอร์ SICOI

แผ่นเวเฟอร์ SICOI (ซิลิคอนคาร์ไบด์บนฉนวน) ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงกระบวนการเชื่อมและลดความหนาของแผ่นเวเฟอร์:

การเจริญเติบโตของพื้นผิว SiC– เตรียมแผ่นเวเฟอร์ SiC ผลึกเดี่ยวคุณภาพสูง (4H/6H) เพื่อใช้เป็นวัสดุผู้ให้ (donor material)
การสะสมชั้นฉนวน– ฟิล์มฉนวน (SiO₂ หรือ Si₃N₄) ถูกสร้างขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ตัวรองรับ (Si หรือ SiC)
การเชื่อมแผ่นเวเฟอร์– แผ่นเวเฟอร์ SiC และแผ่นเวเฟอร์ตัวรองรับจะถูกเชื่อมติดกันภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงหรือการใช้พลาสมาช่วย
การเจือจางและการขัดเงา– แผ่นเวเฟอร์ SiC ที่ใช้เป็นตัวให้ประจุถูกทำให้บางลงเหลือเพียงไม่กี่ไมโครเมตรและขัดเงาเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียนระดับอะตอม
การตรวจสอบขั้นสุดท้าย– แผ่นเวเฟอร์ SICOI ที่ผลิตเสร็จแล้วจะถูกทดสอบเพื่อหาความสม่ำเสมอของความหนา ความเรียบของพื้นผิว และประสิทธิภาพการเป็นฉนวน

ผ่านกระบวนการนี้ชั้น SiC แอคทีฟบาง ๆด้วยคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนที่ยอดเยี่ยม ผสานกับฟิล์มฉนวนและวัสดุรองรับ ทำให้เกิดแพลตฟอร์มประสิทธิภาพสูงสำหรับอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าและคลื่นความถี่วิทยุรุ่นใหม่

ข้อดีที่สำคัญของเวเฟอร์ SICOI

หมวดหมู่คุณสมบัติ	คุณลักษณะทางเทคนิค	ประโยชน์หลัก
โครงสร้างวัสดุ	ชั้นแอคทีฟ 4H/6H-SiC + ฟิล์มฉนวน (SiO₂/Si₃N₄) + ตัวนำ Si หรือ SiC	ช่วยให้เกิดการแยกทางไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง ลดการรบกวนจากสิ่งแปลกปลอม
คุณสมบัติทางไฟฟ้า	มีค่าความต้านทานการแตกตัวสูง (>3 MV/cm) และค่าการสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ	ออกแบบมาเพื่อการใช้งานที่แรงดันสูงและความถี่สูงโดยเฉพาะ
คุณสมบัติทางความร้อน	ค่าการนำความร้อนสูงถึง 4.9 วัตต์/ซม.·เคลวิน และคงที่ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 องศาเซลเซียส	ระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำงานได้ดีเยี่ยมภายใต้สภาวะความร้อนสูง
คุณสมบัติทางกล	ความแข็งสูงมาก (โมห์ 9.5) สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ	ทนทานต่อแรงกดดัน ช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
คุณภาพพื้นผิว	พื้นผิวเรียบเป็นพิเศษ (Ra <0.2 นาโนเมตร)	ส่งเสริมการปลูกผลึกแบบไร้ข้อบกพร่องและการผลิตอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้
ฉนวนกันความร้อน	ความต้านทานจำเพาะ >10¹⁴ โอห์ม·เซนติเมตร กระแสรั่วไหลต่ำ	การทำงานที่เชื่อถือได้ในงานด้านคลื่นความถี่วิทยุและการแยกแรงดันสูง
ขนาดและการปรับแต่ง	มีให้เลือกในขนาด 4, 6 และ 8 นิ้ว; ความหนาของ SiC 1–100 ไมโครเมตร; ฉนวน 0.1–10 ไมโครเมตร	ออกแบบให้ยืดหยุ่นเพื่อรองรับความต้องการใช้งานที่หลากหลาย

พื้นที่การใช้งานหลัก

ภาคส่วนการใช้งาน	ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป	ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ
อิเล็กทรอนิกส์กำลัง	อินเวอร์เตอร์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า สถานีชาร์จไฟ อุปกรณ์ไฟฟ้าอุตสาหกรรม	แรงดันพังทลายสูง ลดการสูญเสียจากการสวิตช์
RF และ 5G	เครื่องขยายกำลังสถานีฐาน, ส่วนประกอบคลื่นมิลลิเมตร	มีค่าพาราสิสต่ำ รองรับการทำงานในช่วงความถี่ระดับกิกะเฮิร์ตซ์
เซ็นเซอร์ MEMS	เซ็นเซอร์วัดแรงดันสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง, MEMS ระดับการนำทาง	มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง ทนต่อรังสี
การบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ	การสื่อสารผ่านดาวเทียม โมดูลพลังงานสำหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์การบิน	ความน่าเชื่อถือในสภาวะอุณหภูมิสูงและต่ำมาก รวมถึงการสัมผัสกับรังสี
สมาร์ทกริด	ตัวแปลง HVDC, เบรกเกอร์วงจรโซลิดสเตท	ฉนวนกันความร้อนสูงช่วยลดการสูญเสียพลังงาน
ออปโตอิเล็กทรอนิกส์	หลอด LED UV, สารตั้งต้นเลเซอร์	คุณภาพผลึกสูงช่วยให้การเปล่งแสงมีประสิทธิภาพ

การผลิต 4H-SiCOI

การผลิตเวเฟอร์ 4H-SiCOI ทำได้โดยใช้กระบวนการดังต่อไปนี้กระบวนการเชื่อมและลดความหนาของแผ่นเวเฟอร์ซึ่งช่วยให้ได้อินเทอร์เฟซฉนวนคุณภาพสูงและชั้นแอคทีฟ SiC ที่ปราศจากข้อบกพร่อง

aแผนภาพแสดงขั้นตอนการผลิตแพลตฟอร์มวัสดุ 4H-SiCOI
bภาพเวเฟอร์ 4H-SiCOI ขนาด 4 นิ้ว ที่ผ่านกระบวนการเชื่อมและทำให้บางลง โดยมีการทำเครื่องหมายบริเวณที่มีข้อบกพร่องไว้
c: การตรวจสอบความสม่ำเสมอของความหนาของพื้นผิว 4H-SiCOI
dภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์ของชิ้นส่วน 4H-SiCOI
eแผนผังกระบวนการผลิตตัวเรโซเนเตอร์ไมโครดิสก์ SiC
fภาพถ่าย SEM ของตัวเรโซเนเตอร์ไมโครดิสก์ที่สร้างเสร็จแล้ว
gภาพถ่าย SEM ขยายแสดงผนังด้านข้างของตัวเรโซเนเตอร์ ภาพแทรก AFM แสดงความเรียบของพื้นผิวในระดับนาโน
hภาพตัดขวางจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) แสดงให้เห็นพื้นผิวด้านบนที่มีรูปร่างคล้ายพาราโบลา

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเวเฟอร์ SICOI

คำถามที่ 1: แผ่นเวเฟอร์ SICOI มีข้อดีเหนือกว่าแผ่นเวเฟอร์ SiC แบบดั้งเดิมอย่างไร?
A1: แตกต่างจากแผ่นรองพื้น SiC มาตรฐาน แผ่นเวเฟอร์ SICOI มีชั้นฉนวนที่ช่วยลดความจุไฟฟ้าแฝงและกระแสรั่วไหล ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น การตอบสนองความถี่ดีขึ้น และประสิทธิภาพด้านความร้อนที่เหนือกว่า

Q2: โดยทั่วไปมีขนาดเวเฟอร์แบบใดบ้าง?
A2: โดยทั่วไปแล้วเวเฟอร์ SICOI จะผลิตในขนาด 4 นิ้ว 6 นิ้ว และ 8 นิ้ว โดยสามารถปรับแต่งความหนาของชั้น SiC และชั้นฉนวนได้ตามความต้องการของอุปกรณ์

คำถามที่ 3: อุตสาหกรรมใดได้รับประโยชน์สูงสุดจากเวเฟอร์ SICOI?
A3: อุตสาหกรรมหลัก ได้แก่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ RF สำหรับเครือข่าย 5G อุปกรณ์ MEMS สำหรับเซ็นเซอร์ด้านอวกาศ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงแสง เช่น LED UV

คำถามที่ 4: ชั้นฉนวนช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ได้อย่างไร?
A4: ฟิล์มฉนวน (SiO₂ หรือ Si₃N₄) ป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าและลดการรบกวนทางไฟฟ้า ทำให้ทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้สูงขึ้น สวิตช์มีประสิทธิภาพมากขึ้น และลดการสูญเสียความร้อน

Q5: แผ่นเวเฟอร์ SICOI เหมาะสำหรับใช้งานในอุณหภูมิสูงหรือไม่?
A5: ใช่แล้ว ด้วยค่าการนำความร้อนสูงและความต้านทานต่อความร้อนที่สูงกว่า 500°C แผ่นเวเฟอร์ SICOI จึงได้รับการออกแบบมาให้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้ความร้อนสูงและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

Q6: สามารถปรับแต่งเวเฟอร์ SICOI ได้หรือไม่?
A6: แน่นอน ผู้ผลิตนำเสนอการออกแบบที่ปรับแต่งได้สำหรับความหนา ระดับการเจือสาร และการผสมผสานของวัสดุรองรับเฉพาะ เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการวิจัยและอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

ก่อนหน้า: เครื่องตัดลวดเพชรสำหรับ SiC | ไพลิน | ควอตซ์ | แก้ว

ต่อไป: เครื่องเลื่อยเพชรแบบหลายสายสำหรับวัสดุซิลิกอนแซฟไฟร์แข็งพิเศษและเปราะ