เวเฟอร์ SiCOI ขนาด 4 นิ้ว 6 นิ้ว HPSI SiC SiO2 โครงสร้าง Si subatrate

คำอธิบายสั้น ๆ :

บทความนี้นำเสนอภาพรวมโดยละเอียดของเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์บนฉนวน (SiCOI) โดยเน้นที่แผ่นรองรับขนาด 4 นิ้วและ 6 นิ้ว ที่มีชั้นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ความบริสุทธิ์สูงแบบกึ่งฉนวน (HPSI) เชื่อมติดกับชั้นฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) ที่ด้านบนของแผ่นรองรับซิลิคอน (Si) โครงสร้าง SiCOI ผสมผสานคุณสมบัติทางไฟฟ้า ความร้อน และเชิงกลอันโดดเด่นของ SiC เข้ากับประโยชน์ด้านการแยกทางไฟฟ้าของชั้นออกไซด์และการรองรับเชิงกลของแผ่นรองรับซิลิคอน การใช้ HPSI SiC ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยลดการนำไฟฟ้าของแผ่นรองรับและลดการสูญเสียพลังงานปรสิต ทำให้เวเฟอร์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ความถี่สูง และอุณหภูมิสูง บทความนี้จะกล่าวถึงกระบวนการผลิต คุณลักษณะของวัสดุ และข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างของโครงสร้างแบบหลายชั้นนี้ โดยเน้นย้ำถึงความเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์ (MEMS) ยุคใหม่ นอกจากนี้ การศึกษาครั้งนี้ยังเปรียบเทียบคุณสมบัติและการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ของเวเฟอร์ SiCOI ขนาด 4 นิ้วและ 6 นิ้ว โดยเน้นย้ำถึงความสามารถในการปรับขนาดและโอกาสในการบูรณาการสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

ส่งอีเมล์ถึงเรา

คุณสมบัติ

โครงสร้างเวเฟอร์ SiCOI

HPB (High-Performance Bonding) BIC (Bonded Integrated Circuit) และ SOD (Silicon-on-Diamond หรือ Silicon-on-Insulator-like technology) ประกอบด้วย:

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพ:

แสดงรายการพารามิเตอร์ เช่น ความแม่นยำ ประเภทของข้อผิดพลาด (เช่น "ไม่มีข้อผิดพลาด" "ระยะทางค่า") และการวัดความหนา (เช่น "ความหนาของชั้นโดยตรง/กก.")

ตารางที่มีค่าตัวเลข (อาจเป็นพารามิเตอร์เชิงทดลองหรือกระบวนการ) ภายใต้หัวข้อเช่น "ADDR/SYGBDT," "10/0" เป็นต้น

ข้อมูลความหนาของชั้น:

รายการที่ซ้ำกันมากมายที่มีป้ายกำกับ "ความหนา L1 (A)" ถึง "ความหนา L270 (A)" (มีแนวโน้มเป็นหน่วย Ångströms, 1 Å = 0.1 นาโนเมตร)

แนะนำโครงสร้างหลายชั้นพร้อมการควบคุมความหนาที่แม่นยำสำหรับแต่ละชั้น ซึ่งเป็นเรื่องปกติในเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

โครงสร้างเวเฟอร์ SiCOI

SiCOI (ซิลิคอนคาร์ไบด์บนฉนวน) คือโครงสร้างเวเฟอร์ชนิดพิเศษที่ผสมผสานซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เข้ากับชั้นฉนวน คล้ายกับ SOI (ซิลิคอนบนฉนวน) แต่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำลังไฟฟ้าสูง/อุณหภูมิสูง คุณสมบัติหลัก:

การจัดองค์ประกอบชั้น:

ชั้นบนสุด: ซิลิกอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยว (SiC) เพื่อความคล่องตัวของอิเล็กตรอนสูงและเสถียรภาพทางความร้อน

ฉนวนฝัง: โดยทั่วไปคือ SiO₂ (ออกไซด์) หรือเพชร (ใน SOD) เพื่อลดความจุปรสิตและปรับปรุงการแยก

วัสดุรองรับฐาน: ซิลิกอนหรือโพลีคริสตัลไลน์ SiC สำหรับการรองรับเชิงกล

คุณสมบัติของเวเฟอร์ SiCOI

คุณสมบัติทางไฟฟ้า แบนด์แก๊ปกว้าง (3.2 eV สำหรับ 4H-SiC): ช่วยให้เกิดแรงดันไฟฟ้าพังทลายสูง (สูงกว่าซิลิกอนมากกว่า 10 เท่า) ลดกระแสไฟรั่ว ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในอุปกรณ์ไฟฟ้า

ความคล่องตัวของอิเล็กตรอนสูง:~900 cm²/V·s (4H-SiC) เทียบกับ ~1,400 cm²/V·s (Si) แต่มีประสิทธิภาพสนามสูงที่ดีกว่า

ความต้านทานการเปิดต่ำ:ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ SiCOI (เช่น MOSFET) แสดงให้เห็นการสูญเสียการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่า

ฉนวนกันความร้อนดีเยี่ยม:ชั้นออกไซด์ที่ฝังอยู่ (SiO₂) หรือเพชรช่วยลดความจุปรสิตและสัญญาณรบกวน

คุณสมบัติทางความร้อนการนำความร้อนสูง: SiC (~490 W/m·K สำหรับ 4H-SiC) เทียบกับ Si (~150 W/m·K) เพชร (ถ้าใช้เป็นฉนวน) สามารถเกิน 2,000 W/m·K ช่วยเพิ่มการระบายความร้อน

เสถียรภาพทางความร้อน:ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิ >300°C (เทียบกับ ~150°C สำหรับซิลิกอน) ลดความต้องการการระบายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

3. คุณสมบัติเชิงกลและเคมีความแข็งระดับสูงสุด (~9.5 โมห์ส): ทนทานต่อการสึกหรอ ทำให้ SiCOI ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ความเฉื่อยทางเคมี:ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน แม้ในสภาวะกรด/ด่าง

การขยายตัวทางความร้อนต่ำ:เข้ากันได้ดีกับวัสดุที่ทนอุณหภูมิสูงอื่นๆ (เช่น GaN)

4. ข้อได้เปรียบด้านโครงสร้าง (เทียบกับ SiC จำนวนมากหรือ SOI)

ลดการสูญเสียสารตั้งต้น:ชั้นฉนวนป้องกันกระแสไฟรั่วเข้าสู่พื้นผิว

ปรับปรุงประสิทธิภาพ RF:ความจุปรสิตที่ต่ำลงช่วยให้สลับได้เร็วขึ้น (มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ 5G/mmWave)

การออกแบบที่ยืดหยุ่น:ชั้นบนสุดของ SiC บางช่วยให้ปรับขนาดอุปกรณ์ได้อย่างเหมาะสม (เช่น ช่องสัญญาณบางเฉียบในทรานซิสเตอร์)

การเปรียบเทียบกับ SOI และ Bulk SiC

คุณสมบัติ	ซิโคไอ	SOI (Si/SiO₂/Si)	ซิลิคอนคาร์ไบด์จำนวนมาก
แบนด์แก๊ป	3.2 โวลต์ (SiC)	1.1 อิเล็กตรอนโวลต์ (Si)	3.2 โวลต์ (SiC)
การนำความร้อน	สูง (SiC + เพชร)	ต่ำ (SiO₂ จำกัดการไหลของความร้อน)	สูง (เฉพาะ SiC)
แรงดันไฟฟ้าพังทลาย	สูงมาก	ปานกลาง	สูงมาก
ค่าใช้จ่าย	สูงกว่า	ต่ำกว่า	สูงสุด (SiC บริสุทธิ์)

การประยุกต์ใช้เวเฟอร์ SiCOI

อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
เวเฟอร์ SiCOI ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แรงดันไฟฟ้าสูงและกำลังไฟฟ้าสูง เช่น มอสเฟต ไดโอดชอตต์กี และสวิตช์ไฟฟ้า แบนด์แก๊ปที่กว้างและแรงดันพังทลายสูงของ SiC ช่วยให้การแปลงพลังงานมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสีย และเพิ่มประสิทธิภาพทางความร้อน

อุปกรณ์ความถี่วิทยุ (RF)
ชั้นฉนวนในเวเฟอร์ SiCOI ช่วยลดความจุปรสิต ทำให้เหมาะสำหรับทรานซิสเตอร์ความถี่สูงและเครื่องขยายเสียงที่ใช้ในระบบโทรคมนาคม เรดาร์ และเทคโนโลยี 5G

ระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์ (MEMS)
เวเฟอร์ SiCOI มอบแพลตฟอร์มที่แข็งแกร่งสำหรับการผลิตเซ็นเซอร์และตัวกระตุ้น MEMS ที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเนื่องจากความเฉื่อยทางเคมีและความแข็งแรงเชิงกลของ SiC

อิเล็กทรอนิกส์อุณหภูมิสูง
SiCOI ช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถรักษาประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิสูงได้ ซึ่งส่งผลดีต่อการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์ อวกาศ และอุตสาหกรรมที่อุปกรณ์ซิลิคอนทั่วไปไม่สามารถใช้งานได้

อุปกรณ์โฟโตนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์
การผสมผสานคุณสมบัติทางแสงของ SiC และชั้นฉนวนช่วยให้สามารถบูรณาการวงจรโฟตอนิกส์กับการจัดการความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงได้ดีขึ้น

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนทานต่อรังสี
เนื่องจาก SiC มีความทนทานต่อรังสีในตัว เวเฟอร์ SiCOI จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอวกาศและนิวเคลียร์ ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูง

คำถามและคำตอบของเวเฟอร์ SiCOI

คำถามที่ 1: เวเฟอร์ SiCOI คืออะไร?

ตอบ: SiCOI ย่อมาจาก Silicon Carbide-on-Insulator เป็นโครงสร้างเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ประกอบด้วยชั้นบางๆ ของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ยึดเกาะกับชั้นฉนวน (โดยทั่วไปคือซิลิคอนไดออกไซด์, SiO₂) ซึ่งรองรับด้วยแผ่นรองรับซิลิคอน โครงสร้างนี้ผสมผสานคุณสมบัติอันยอดเยี่ยมของ SiC เข้ากับการแยกตัวทางไฟฟ้าจากฉนวน

คำถามที่ 2: ข้อดีหลักของเวเฟอร์ SiCOI คืออะไร

A: ข้อดีหลัก ๆ ได้แก่ แรงดันพังทลายสูง แบนด์แก๊ปกว้าง การนำความร้อนดีเยี่ยม ความแข็งเชิงกลที่เหนือกว่า และความจุปรสิตที่ลดลงเนื่องจากชั้นฉนวน ส่งผลให้ประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ดีขึ้น

คำถามที่ 3: การใช้งานทั่วไปของเวเฟอร์ SiCOI มีอะไรบ้าง

A: ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง อุปกรณ์ RF ความถี่สูง เซ็นเซอร์ MEMS อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุณหภูมิสูง อุปกรณ์โฟโตนิกส์ และอิเล็กทรอนิกส์ที่ทนต่อรังสี