Im Gegensatz zu diskreten S1C-Bauelementen, die auf hohe Spannung, hohe Leistung, hohe Frequenz und hohe Temperaturbeständigkeit ausgelegt sind, liegt das Forschungsziel bei SiC-integrierten Schaltungen hauptsächlich in der Entwicklung von Hochtemperatur-Digitalschaltungen für intelligente Leistungs-ICs. Da das interne elektrische Feld in SiC-integrierten Schaltungen sehr gering ist, wird der Einfluss von Mikrotubuli-Defekten stark reduziert. Dies ist der erste monolithische SiC-integrierte Operationsverstärker-Chip, der erfolgreich hergestellt wurde. Die Ausbeute des fertigen Produkts ist deutlich höher als die der Mikrotubuli-Defekte. Daher unterscheiden sich die SiC-Ausbeutemodelle und die Materialeigenschaften von Si und CaAs deutlich. Der Chip basiert auf der Depletion-NMOSFET-Technologie. Hauptgrund hierfür ist die zu geringe effektive Ladungsträgermobilität von SiC-MOSFETs mit umgekehrtem Kanal. Um die Oberflächenmobilität von SiC zu verbessern, ist eine Optimierung des thermischen Oxidationsprozesses von SiC erforderlich.
Die Purdue University hat umfangreiche Forschungsarbeit im Bereich integrierter SiC-Schaltungen geleistet. 1992 wurde erfolgreich eine Fabrik für monolithische digitale integrierte Schaltungen auf Basis von 6H-SiC-NMOSFETs mit umgekehrtem Kanal entwickelt. Der Chip enthält UND-, ODER-, EIN-, Binärzähler- und Halbaddiererschaltungen und ist im Temperaturbereich von 25 °C bis 300 °C funktionsfähig. 1995 wurde der erste SiC-Plane-MESFET-IC mittels Vanadium-Injektionsisolationstechnologie hergestellt. Durch präzise Steuerung der injizierten Vanadiummenge lässt sich ein isolierendes SiC erzeugen.
In digitalen Logikschaltungen sind CMOS-Schaltungen attraktiver als NMOS-Schaltungen. Im September 1996 wurde der erste digitale integrierte 6H-SiC-CMOS-Schaltkreis hergestellt. Das Bauelement nutzte injizierte N-Ordnungs- und abgeschiedene Oxidschichten, jedoch war die Schwellenspannung der PMOSFETs auf dem Chip aufgrund anderer Prozessprobleme zu hoch. Im März 1997 wurde mit der Herstellung der zweiten Generation von SiC-CMOS-Schaltkreisen die Technologie der Injektion von P-Trap-Lasern und des thermischen Wachstums der Oxidschicht eingeführt. Durch Prozessverbesserungen konnte die Schwellenspannung der PMOSFETs auf etwa -4,5 V gesenkt werden. Alle Schaltkreise auf dem Chip funktionieren einwandfrei bei Raumtemperatur bis 300 °C und werden von einer einzigen Spannungsversorgung mit einer Spannung zwischen 5 und 15 V versorgt.
Mit der Verbesserung der Substratwaferqualität werden funktionellere integrierte Schaltungen mit höherer Ausbeute hergestellt werden können. Sobald die Probleme mit SiC-Materialien und -Prozessen jedoch weitgehend gelöst sind, wird die Zuverlässigkeit von Bauelement und Gehäuse zum Hauptfaktor für die Leistungsfähigkeit von Hochtemperatur-SiC-integrierten Schaltungen werden.
Veröffentlichungsdatum: 23. August 2022