Errendimendu egonkorra duten kalitate handiko silizio karburozko obleak masan ekoizteko zailtasun teknikoak honako hauek dira:
1) Kristalak 2000 °C-tik gorako tenperatura altuko ingurune itxi batean hazi behar direnez, tenperatura kontrolatzeko baldintzak oso altuak dira;
2) Silizio-karburoak 200 kristal-egitura baino gehiago dituenez, baina kristal bakarreko silizio-karburoaren egitura batzuk baino ez dira beharrezko material erdieroaleak, silizio-karbono-erlazioa, hazkunde-tenperatura-gradientea eta kristalaren hazkundea zehatz-mehatz kontrolatu behar dira. kristalen hazkuntza prozesua. Abiadura eta aire-fluxuaren presioa bezalako parametroak;
3) Lurrun-fasearen transmisio-metodoaren arabera, silizio karburoaren kristalen hazkundearen diametroa hedatzeko teknologia oso zaila da;
4) Silizio-karburoaren gogortasuna diamantearena hurbil dago, eta ebaketa, artezketa eta leunketa teknikak zailak dira.
SiC epitaxial obleak: normalean lurrun-deposizio kimikoaren (CVD) metodoaren bidez fabrikatzen dira. Dopin mota ezberdinen arabera, n motako eta p motako oble epitaxialetan banatzen dira. Etxeko Hantian Tiancheng eta Dongguan Tianyuk dagoeneko 4 hazbeteko/6 hazbeteko SiC epitaxial obleak eman ditzakete. SiC epitaxirako, zaila da tentsio handiko eremuan kontrolatzea, eta SiC epitaxiaren kalitateak eragin handiagoa du SiC gailuetan. Gainera, epitaxia-ekipamenduak industriako lau enpresek monopolizatuta daude: Axitron, LPE, TEL eta Nuflare.
Silizio-karburoa epitaxialawafer-ek silizio-karburozko obleari egiten dio erreferentzia, non kristal bakarreko film bat (geruza epitaxiala) baldintza jakin batzuk dituena eta substratu-kristalaren berdina silizio-karburoaren jatorrizko substratuan hazten den. Hazkunde epitaxialak batez ere CVD (Chemical Vapor Deposition, ) ekipoak edo MBE (Molecular Beam Epitaxy) ekipoak erabiltzen ditu. Siliziozko karburoko gailuak epitaxial geruza zuzenean fabrikatzen direnez, geruza epitaxialaren kalitateak zuzenean eragiten du gailuaren errendimenduan eta errendimenduan. Gailuaren tentsioa jasateko errendimendua handitzen doan heinean, dagokion epitaxial geruza lodiera lodiagoa bihurtzen da eta kontrola zailagoa bihurtzen da. Oro har, tentsioa 600V ingurukoa denean, beharrezkoa den geruza epitaxialaren lodiera 6 mikra ingurukoa da; tentsioa 1200-1700V artean dagoenean, beharrezkoa den geruza epitaxialaren lodiera 10-15 mikrara iristen da. Tentsioa 10.000 voltiotik gora iristen bada, 100 mikra baino gehiagoko geruza epitaxiala behar da. Geruza epitaxialaren lodiera handitzen doan heinean, gero eta zailagoa da lodiera eta erresistentzia uniformetasuna eta akatsen dentsitatea kontrolatzea.
SiC gailuak: nazioartean, 600 ~ 1700V SiC SBD eta MOSFET industrializatu dira. Produktu nagusiek 1200V-tik beherako tentsio-mailetan funtzionatzen dute eta batez ere TO ontziak hartzen dituzte. Prezioei dagokienez, nazioarteko merkatuan SiC produktuek Si-ko kideek baino 5-6 aldiz handiagoa dute. Hala ere, prezioak urteko % 10eko tasan murrizten ari dira. Datozen 2-3 urteetan gorako materialen eta gailuen ekoizpenaren hedapenarekin, merkatuaren eskaintza handituko da, eta prezioak murrizketa gehiago ekarriko ditu. Prezioa Si produktuen 2-3 aldiz iristen denean, sistemaren kostu murrizketak eta errendimendu hobeak ekarritako abantailek SiC-k SiC gailuen merkatu-espazioa okupatzera bultzatuko duela espero da.
Enbalaje tradizionalak silizioan oinarritutako substratuetan oinarritzen dira, eta hirugarren belaunaldiko material erdieroaleek diseinu guztiz berria behar dute. Banda zabaleko potentzia-gailuetarako silizioan oinarritutako ontzi-egitura tradizionalak erabiltzeak maiztasunarekin, kudeaketa termikoarekin eta fidagarritasunarekin lotutako arazo eta erronka berriak sor ditzake. SiC potentzia-gailuak sentikorragoak dira kapazitantzia eta induktantzia parasitoarekiko. Si gailuekin alderatuta, SiC potentzia txip-ek aldatze-abiadura azkarragoak dituzte, eta horrek gainditzea, oszilazioa, kommutazio-galerak areagotzea eta gailuaren matxura ere ekar ditzake. Gainera, SiC potentzia-gailuek tenperatura altuagoetan funtzionatzen dute, eta kudeaketa termikoko teknika aurreratuagoak behar dituzte.
Banda zabaleko erdieroaleen potentzia bilgarrien alorrean hainbat egitura garatu dira. Si-n oinarritutako potentzia-modulu tradizionala ez da egokia. Parasito handiko parasitoen eta beroa xahutzeko eraginkortasun eskasaren arazoak konpontzeko, Si-n oinarritutako potentzia-moduluaren ontzi tradizionalen ontziratzeak, SiC potentzia-moduluaren ontziratzeak haririk gabeko interkonexioa eta alde bikoitzeko hozte-teknologia hartzen ditu bere egituran, eta substratu-materialak ere termiko hobearekin hartzen ditu. eroankortasuna, eta desakoplamendu-kondentsadoreak, tenperatura/korronte sentsoreak eta disko-zirkuituak moduluaren egituran integratzen saiatu zen, eta modulu-ontziratze-teknologia desberdinak garatu zituen. Gainera, SiC gailuak fabrikatzeko oztopo tekniko handiak daude eta ekoizpen kostuak handiak dira.
Silizio-karburoko gailuak CVD bidez silizio-karburozko substratu batean epitaxialak metatuz sortzen dira. Prozesuak garbiketa, oxidazioa, fotolitografia, akuafortea, fotorresistentea kentzea, ioien inplantazioa, silizio nitruroaren lurrun kimikoa, leuntzea, sputteringa eta ondorengo prozesatzeko urratsak ditu gailuaren egitura SiC kristal bakarreko substratuan osatzeko. SiC potentzia-gailu mota nagusiak SiC diodoak, SiC transistoreak eta SiC potentzia-moduluak dira. Materiala ekoizteko abiadura motela eta etekin-tasa baxua bezalako faktoreak direla eta, silizio karburozko gailuek fabrikazio kostu nahiko handiak dituzte.
Gainera, silizio karburozko gailuen fabrikazioak zenbait zailtasun tekniko ditu:
1) Beharrezkoa da silizio karburoko materialen ezaugarriekin bat datorren prozesu espezifiko bat garatzea. Adibidez: SiC-k urtze-puntu altua du, eta horrek difusio termiko tradizionala ez du eraginkorra bihurtzen. Beharrezkoa da ioi-inplantazioko dopin-metodoa erabiltzea eta parametroak zehaztasunez kontrolatzea, hala nola tenperatura, berotze-abiadura, iraupena eta gas-fluxua; SiC inertea da disolbatzaile kimikoekiko. Aguaforte lehorra bezalako metodoak erabili behar dira, eta maskara-materialak, gas-nahasketak, alboko hormaren maldaren kontrola, grabatze-tasa, alboko hormaren zimurtasuna, etab. optimizatu eta garatu behar dira;
2) Silizio karburoko obleetan metalezko elektrodoak fabrikatzeko 10-5Ω2-tik beherako kontaktu-erresistentzia behar da. Baldintzak betetzen dituzten elektrodo-materialek, Ni eta Al, egonkortasun termiko eskasa dute 100 °C-tik gora, baina Al/Ni-k egonkortasun termiko hobea du. /W/Au elektrodo konposatuaren materialaren kontaktu espezifikoa 10-3Ω2 handiagoa da;
3) SiC-k ebaketa-higadura handia du, eta SiC-ren gogortasuna diamantearen ondotik bigarrena da, ebaketa, artezketa, leunketa eta beste teknologia batzuetarako eskakizun handiagoak ezartzen dituena.
Gainera, lubakiko silizio karburoko potentzia-gailuak fabrikatzen zailagoak dira. Gailu-egituren arabera, silizio karburoko potentzia-gailuak gailu planar eta lubaki-gailuetan bana daitezke. Silizio karburozko potentzia-gailu planarrak unitate-koherentzia ona eta fabrikazio-prozesu sinplea dituzte, baina JFET efekturako joera dute eta kapazitate parasito handia eta egoera-erresistentzia dute. Gailu planarrekin alderatuta, trench silizio karburo potentzia gailuek unitate-koherentzia txikiagoa dute eta fabrikazio prozesu konplexuagoa dute. Hala ere, lubaki-egiturak gailuaren unitate-dentsitatea areagotzeko lagungarria da eta JFET efektua sortzea litekeena da, kanalen mugikortasunaren arazoa konpontzeko onuragarria dena. Propietate bikainak ditu, hala nola, erresistentzia txikia, kapazitate parasito txikia eta energia kommutazio txikia. Kostu eta errendimendu abantaila handiak ditu eta silizio karburoko potentzia-gailuen garapenaren norabide nagusia bihurtu da. Rohm-en webgune ofizialaren arabera, ROHM Gen3 egitura (Gen1 Trench egitura) Gen2 (Plannar2) txip-eremuaren % 75 baino ez da, eta ROHM Gen3 egituraren erresistentzia % 50 murrizten da txiparen tamaina berean.
Silizio karburoaren substratua, epitaxia, front-end, I+G gastuak eta beste batzuk silizio karburoko gailuen fabrikazio kostuaren %47, %23, %19, %6 eta %5 dira hurrenez hurren.
Azkenik, silizio-karburoaren industria-katean substratuen oztopo teknikoak apurtzean zentratuko gara.
Silizio-karburoko substratuen ekoizpen-prozesua silizioan oinarritutako substratuen antzekoa da, baina zailagoa.
Silizio karburoko substratuaren fabrikazio prozesuak, oro har, lehengaien sintesia, kristalen hazkuntza, lingoteen prozesatzea, lingoteen ebaketa, obleen artezketa, leunketa, garbiketa eta beste lotura batzuk barne hartzen ditu.
Kristalaren hazkuntza-etapa prozesu osoaren muina da eta urrats honek silizio karburoaren substratuaren propietate elektrikoak zehazten ditu.
Silizio karburoko materialak zaila da fase likidoan hazten baldintza normaletan. Gaur egun merkatuan ezaguna den lurrun-fasearen hazkuntza-metodoak 2300 °C-tik gorako hazkunde-tenperatura du eta hazkunde-tenperaturaren kontrol zehatza behar du. Eragiketa-prozesu osoa ia zaila da behatzea. Errore txiki batek produktua hondatzea ekarriko du. Alderatuz, siliziozko materialek 1600 ℃ baino ez dituzte behar, hau da, askoz txikiagoa. Silizio karburoko substratuak prestatzeak zailtasunak ditu, hala nola kristalen hazkuntza motela eta kristal forma eskakizun handiak. Silizio karburoko obleen hazkundeak 7 eta 10 egun inguru irauten du, eta siliziozko hagaxkak 2 egun eta erdi baino ez ditu behar. Gainera, silizio karburoa diamantearen atzetik bigarren gogortasuna duen materiala da. Mozketan, artezketan eta leuntzean asko galduko du, eta irteera-erlazioa % 60 baino ez da.
Badakigu joera silizio karburoko substratuen tamaina handitzea dela, tamaina handitzen doan heinean, diametroa hedatzeko teknologiaren eskakizunak gero eta handiagoak dira. Hainbat kontrol teknikoko elementuen konbinazioa behar du kristalen hazkuntza errepikakorra lortzeko.
Argitalpenaren ordua: 2024-05-22