เวเฟอร์ SiCOI ขนาด 4 นิ้ว 6 นิ้ว โครงสร้างซับเอเตรต SiC SiO2 HPSI

คำอธิบายสั้น ๆ :

เอกสารฉบับนี้จะนำเสนอภาพรวมโดยละเอียดของเวเฟอร์ Silicon Carbide-on-Insulator (SiCOI) โดยเน้นที่พื้นผิวขนาด 4 นิ้วและ 6 นิ้วที่มีชั้นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) กึ่งฉนวนที่มีความบริสุทธิ์สูง (HPSI) ซึ่งเชื่อมติดกับชั้นฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) บนพื้นผิวซิลิคอน (Si) โครงสร้าง SiCOI ผสมผสานคุณสมบัติทางไฟฟ้า ความร้อน และกลไกที่ยอดเยี่ยมของ SiC เข้ากับข้อดีของการแยกไฟฟ้าของชั้นออกไซด์และการรองรับเชิงกลของพื้นผิวซิลิคอน การใช้ HPSI SiC ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยลดการนำไฟฟ้าของพื้นผิวและลดการสูญเสียปรสิต ทำให้เวเฟอร์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ที่มีกำลังไฟฟ้าสูง ความถี่สูง และอุณหภูมิสูง มีการหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิต ลักษณะเฉพาะของวัสดุ และข้อดีทางโครงสร้างของการกำหนดค่าแบบหลายชั้นนี้ โดยเน้นถึงความเกี่ยวข้องกับระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังและระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์ (MEMS) รุ่นต่อไป การศึกษาครั้งนี้ยังได้เปรียบเทียบคุณสมบัติและการประยุกต์ใช้งานที่เป็นไปได้ของเวเฟอร์ SiCOI ขนาด 4 นิ้วและ 6 นิ้ว โดยเน้นย้ำถึงความสามารถในการปรับขนาดและโอกาสในการบูรณาการสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

ส่งอีเมล์ถึงเรา

คุณสมบัติ

โครงสร้างเวเฟอร์ SiCOI

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

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพ:

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

ตารางที่มีค่าตัวเลข (อาจเป็นพารามิเตอร์การทดลองหรือกระบวนการ) ภายใต้หัวข้อเช่น "ADDR/SYGBDT" "10/0" เป็นต้น

ข้อมูลความหนาของชั้น:

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

แนะนำโครงสร้างหลายชั้นที่มีการควบคุมความหนาที่แม่นยำสำหรับแต่ละชั้น ซึ่งเป็นเรื่องปกติในเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

โครงสร้างเวเฟอร์ SiCOI

SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) คือโครงสร้างเวเฟอร์พิเศษที่รวมซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) เข้ากับชั้นฉนวน ซึ่งคล้ายกับ SOI (Silicon-on-Insulator) แต่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง/อุณหภูมิสูง คุณสมบัติหลัก:

การจัดองค์ประกอบชั้น:

ชั้นบน: ซิลิกอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยว (SiC) สำหรับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูงและเสถียรภาพทางความร้อน

ฉนวนที่ฝังไว้: โดยทั่วไปคือ SiO₂ (ออกไซด์) หรือเพชร (ใน SOD) เพื่อลดความจุปรสิตและปรับปรุงการแยกตัว

วัสดุรองพื้น: 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) แต่มีประสิทธิภาพสนามไฟฟ้าสูงที่ดีกว่า

ความต้านทานการเปิดต่ำ:ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ SiCOI (เช่น MOSFET) จะแสดงการสูญเสียการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่า

ฉนวนกันความร้อนที่ดีเยี่ยม:ชั้นออกไซด์ที่ฝังอยู่ (SiO₂) หรือเพชรจะช่วยลดความจุปรสิตและสัญญาณรบกวน

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

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

3. คุณสมบัติทางกลและเคมีความแข็งระดับสูงสุด (~9.5 โมห์ส): ทนทานต่อการสึกหรอ ทำให้ SiCOI มีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ความเฉื่อยทางเคมี:ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน แม้ในสภาวะที่เป็นกรด/ด่าง

การขยายตัวทางความร้อนต่ำ:เข้ากันได้ดีกับวัสดุที่ทนอุณหภูมิสูงชนิดอื่นๆ (เช่น GaN)

4. ข้อได้เปรียบด้านโครงสร้าง (เทียบกับ SiC จำนวนมากหรือ SOI)

ลดการสูญเสียพื้นผิว:ชั้นฉนวนป้องกันกระแสไฟรั่วเข้าสู่พื้นผิว

ปรับปรุงประสิทธิภาพ RF:ความจุปรสิตที่ต่ำลงช่วยให้สลับได้เร็วขึ้น (มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ 5G/mmWave)

การออกแบบที่ยืดหยุ่น:ชั้นบนสุดของ SiC บางช่วยให้ปรับขนาดอุปกรณ์ได้เหมาะสมที่สุด (เช่น ช่องที่บางเป็นพิเศษในทรานซิสเตอร์)

การเปรียบเทียบกับ SOI และ Bulk SiC

คุณสมบัติ	ซีโอไอ	SOI (Si/SiO₂/Si)	ซิลิคอนคาร์ไบด์จำนวนมาก
แบนด์แก็ป	3.2 โวลต์ (SiC)	1.1 อีวี (Si)	3.2 โวลต์ (SiC)
การนำความร้อน	สูง (SiC + เพชร)	ต่ำ (SiO₂ จำกัดการไหลของความร้อน)	สูง (SiC เท่านั้น)
แรงดันพังทลาย	สูงมาก	ปานกลาง	สูงมาก
ค่าใช้จ่าย	สูงกว่า	ต่ำกว่า	สูงสุด (SiC บริสุทธิ์)

การใช้งานเวเฟอร์ SiCOI

เครื่องใช้ไฟฟ้ากำลังสูง
เวเฟอร์ SiCOI ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แรงดันไฟฟ้าสูงและกำลังไฟฟ้าสูง เช่น MOSFET ไดโอด Schottky และสวิตช์ไฟ แบนด์แก็ปที่กว้างและแรงดันพังทลายสูงของ SiC ช่วยให้แปลงพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสีย และเพิ่มประสิทธิภาพความร้อน

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

ระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์ (MEMS)
เวเฟอร์ SiCOI มอบแพลตฟอร์มที่แข็งแกร่งสำหรับการผลิตเซ็นเซอร์และตัวกระตุ้น MEMS ที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเนื่องจากความเฉื่อยทางเคมีและความแข็งแรงเชิงกลของ SiC

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุณหภูมิสูง
SiCOI ช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถรักษาประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิสูงได้ ซึ่งส่งผลดีต่อการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์ อวกาศ และอุตสาหกรรมที่อุปกรณ์ซิลิคอนทั่วไปใช้ไม่ได้

อุปกรณ์โฟโตนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์
การผสมผสานคุณสมบัติทางแสงของ SiC และชั้นฉนวนช่วยให้สามารถรวมวงจรโฟโตนิกส์เข้ากับการจัดการความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงได้ง่ายขึ้น

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนทานต่อรังสี
เนื่องจาก SiC มีความทนทานต่อรังสีโดยธรรมชาติ เวเฟอร์ SiCOI จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอวกาศและนิวเคลียร์ที่ต้องใช้อุปกรณ์ที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูง

คำถามและคำตอบเกี่ยวกับเวเฟอร์ SiCOI

คำถามที่ 1: เวเฟอร์ SiCOI คืออะไร?

A: SiCOI ย่อมาจาก Silicon Carbide-on-Insulator เป็นโครงสร้างเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีชั้นบางๆ ของซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ยึดติดเข้ากับชั้นฉนวน (โดยปกติคือซิลิกอนไดออกไซด์, SiO₂) ซึ่งได้รับการรองรับโดยซับสเตรตซิลิกอน โครงสร้างนี้ผสมผสานคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของ SiC เข้ากับการแยกไฟฟ้าจากฉนวน

คำถามที่ 2: ข้อได้เปรียบหลักของเวเฟอร์ SiCOI คืออะไร

A: ข้อดีหลักๆ ได้แก่ แรงดันไฟฟ้าพังทลายสูง แบนด์แก็ปกว้าง การนำความร้อนดีเยี่ยม ความแข็งเชิงกลที่เหนือกว่า และความจุปรสิตที่ลดลงด้วยชั้นฉนวน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ดีขึ้น

คำถามที่ 3: การใช้งานทั่วไปของเวเฟอร์ SiCOI คืออะไร

A: ใช้ในอิเล็กทรอนิกส์กำลัง อุปกรณ์ RF ความถี่สูง เซนเซอร์ MEMS อิเล็กทรอนิกส์อุณหภูมิสูง อุปกรณ์โฟโตนิกส์ และอิเล็กทรอนิกส์ที่ทนทานต่อรังสี