SiCOI-wafer 4 tommer 6 tommer HPSI SiC SiO2 Si-substratstruktur

Kort beskrivelse:

Denne artikkelen presenterer en detaljert oversikt over silisiumkarbid-på-isolator (SiCOI)-wafere, med spesielt fokus på 4-tommers og 6-tommers substrater med høyrente halvisolerende (HPSI) silisiumkarbid (SiC)-lag bundet til silisiumdioksid (SiO₂) isolerende lag oppå silisium (Si)-substrater. SiCOI-strukturen kombinerer de eksepsjonelle elektriske, termiske og mekaniske egenskapene til SiC med de elektriske isolasjonsfordelene til oksidlaget og den mekaniske støtten til silisiumsubstratet. Bruk av HPSI SiC forbedrer enhetens ytelse ved å minimere substratledning og redusere parasittiske tap, noe som gjør disse waferne ideelle for høyeffekts-, høyfrekvente- og høytemperatur-halvlederapplikasjoner. Produksjonsprosessen, materialegenskapene og de strukturelle fordelene med denne flerlagskonfigurasjonen diskuteres, med vekt på dens relevans for neste generasjons kraftelektronikk og mikroelektromekaniske systemer (MEMS). Studien sammenligner også egenskapene og potensielle bruksområder for 4-tommers og 6-tommers SiCOI-wafere, og fremhever skalerbarhet og integrasjonsutsikter for avanserte halvlederenheter.

Send e-post til oss

Funksjoner

SiCOI-waferens struktur

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) og SOD (Silicon-on-Diamond eller silisium-on-Insulator-lignende teknologi). Den inkluderer:

Ytelsesmålinger:

Viser parametere som nøyaktighet, feiltyper (f.eks. «Ingen feil», «Verdiavstand») og tykkelsesmålinger (f.eks. «Direktelagtykkelse/kg»).

En tabell med numeriske verdier (muligens eksperimentelle eller prosessparametere) under overskrifter som «ADDR/SYGBDT», «10/0» osv.

Data om lagtykkelse:

Omfattende gjentatte oppføringer merket "L1 Tykkelse (A)" til "L270 Tykkelse (A)" (sannsynligvis i Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

Foreslår en flerlagsstruktur med presis tykkelseskontroll for hvert lag, typisk i avanserte halvlederskiver.

SiCOI-waferstruktur

SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) er en spesialisert waferstruktur som kombinerer silisiumkarbid (SiC) med et isolerende lag, lik SOI (Silicon-on-Insulator), men optimalisert for applikasjoner med høy effekt/høy temperatur. Viktige funksjoner:

Lagsammensetning:

Topplag: Enkrystall silisiumkarbid (SiC) for høy elektronmobilitet og termisk stabilitet.

Nedgravd isolator: Vanligvis SiO₂ (oksid) eller diamant (i SOD) for å redusere parasittisk kapasitans og forbedre isolasjon.

Basissubstrat: Silisium eller polykrystallinsk SiC for mekanisk støtte

Egenskaper for SiCOI-waferen

Elektriske egenskaper Bredt båndgap (3,2 eV for 4H-SiC): Muliggjør høy gjennomslagsspenning (>10 ganger høyere enn silisium). Reduserer lekkasjestrømmer og forbedrer effektiviteten i kraftenheter.

Høy elektronmobilitet:~900 cm²/V·s (4H-SiC) vs. ~1400 cm²/V·s (Si), men bedre ytelse i høyt felt.

Lav på-motstand:SiCOI-baserte transistorer (f.eks. MOSFET-er) viser lavere ledningstap.

Utmerket isolasjon:Det begravde oksidlaget (SiO₂) eller diamantlaget minimerer parasittisk kapasitans og krysstale.

Termiske egenskaperHøy varmeledningsevne: SiC (~490 W/m·K for 4H-SiC) vs. Si (~150 W/m·K). Diamant (hvis brukt som isolator) kan overstige 2000 W/m·K, noe som forbedrer varmespredningen.

Termisk stabilitet:Fungerer pålitelig ved >300 °C (vs. ~150 °C for silisium). Reduserer kjølebehovet i kraftelektronikk.

3. Mekaniske og kjemiske egenskaperEkstrem hardhet (~9,5 Mohs): Motstår slitasje, noe som gjør SiCOI slitesterkt for tøffe miljøer.

Kjemisk inertitet:Motstår oksidasjon og korrosjon, selv under sure/alkaliske forhold.

Lav termisk ekspansjon:Passer godt sammen med andre høytemperaturmaterialer (f.eks. GaN).

4. Strukturelle fordeler (vs. bulk SiC eller SOI)

Reduserte substrattap:Isolasjonslaget forhindrer strømlekkasje inn i underlaget.

Forbedret RF-ytelse:Lavere parasittisk kapasitans muliggjør raskere bytte (nyttig for 5G/mmWave-enheter).

Fleksibel design:Tynt SiC-topplag muliggjør optimalisert skalering av enheter (f.eks. ultratynne kanaler i transistorer).

Sammenligning med SOI og bulk SiC

Eiendom	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	Bulk SiC
Båndgap	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Termisk konduktivitet	Høy (SiC + diamant)	Lav (SiO₂ begrenser varmestrømmen)	Høy (kun SiC)
Nedbrytningsspenning	Svært høy	Moderat	Svært høy
Koste	Høyere	Senke	Høyeste (ren SiC)

SiCOI-waferens applikasjoner

Kraftelektronikk
SiCOI-wafere er mye brukt i høyspennings- og høyeffekts halvlederkomponenter som MOSFET-er, Schottky-dioder og effektbrytere. Det brede båndgapet og den høye gjennomslagsspenningen til SiC muliggjør effektiv effektomforming med reduserte tap og forbedret termisk ytelse.

Radiofrekvensenheter (RF)
Det isolerende laget i SiCOI-wafere reduserer parasittisk kapasitans, noe som gjør dem egnet for høyfrekvente transistorer og forsterkere som brukes i telekommunikasjon, radar og 5G-teknologi.

Mikroelektromekaniske systemer (MEMS)
SiCOI-wafere gir en robust plattform for å produsere MEMS-sensorer og aktuatorer som fungerer pålitelig i tøffe miljøer på grunn av SiCs kjemiske inertitet og mekaniske styrke.

Høytemperaturelektronikk
SiCOI muliggjør elektronikk som opprettholder ytelse og pålitelighet ved høye temperaturer, noe som er til fordel for bil-, luftfarts- og industrielle applikasjoner der konvensjonelle silisiumenheter svikter.

Fotoniske og optoelektroniske enheter
Kombinasjonen av SiCs optiske egenskaper og det isolerende laget forenkler integrering av fotoniske kretser med forbedret termisk styring.

Strålingsherdet elektronikk
På grunn av den iboende strålingstoleransen til SiC, er SiCOI-wafere ideelle for romfart og kjernefysiske applikasjoner som krever enheter som tåler miljøer med høy stråling.

Spørsmål og svar om SiCOI-waferen

Q1: Hva er en SiCOI-wafer?

A: SiCOI står for Silicon Carbide-on-Insulator. Det er en halvlederskivestruktur der et tynt lag med silisiumkarbid (SiC) er bundet til et isolerende lag (vanligvis silisiumdioksid, SiO₂), som støttes av et silisiumsubstrat. Denne strukturen kombinerer SiCs utmerkede egenskaper med elektrisk isolasjon fra isolatoren.

Q2: Hva er de viktigste fordelene med SiCOI-wafere?

A: De viktigste fordelene inkluderer høy gjennomslagsspenning, bredt båndgap, utmerket varmeledningsevne, overlegen mekanisk hardhet og redusert parasittisk kapasitans takket være det isolerende laget. Dette fører til forbedret enhetsytelse, effektivitet og pålitelighet.

Q3: Hva er typiske bruksområder for SiCOI-wafere?

A: De brukes i kraftelektronikk, høyfrekvente RF-enheter, MEMS-sensorer, høytemperaturelektronikk, fotoniske enheter og strålingsherdet elektronikk.