משטח מוליכים למחצה דור שלישי - התקני SiC (סיליקון קרביד) והיישומים שלהם

כסוג חדש של חומר מוליכים למחצה, SiC הפך לחומר המוליך למחצה החשוב ביותר לייצור מכשירים אופטו-אלקטרוניים באורך גל קצר, התקני טמפרטורה גבוהה, התקני עמידות לקרינה והתקנים אלקטרוניים בהספק גבוה/הספק גבוה, בשל תכונותיו הפיזיקליות והכימיות המעולות. מאפיינים חשמליים. במיוחד כאשר מיושמים בתנאים קיצוניים וקשים, המאפיינים של התקני SiC עולים בהרבה על אלה של התקני Si ומכשירי GaAs. לכן, מכשירי SiC וסוגים שונים של חיישנים הפכו בהדרגה לאחד ממכשירי המפתח, וממלאים תפקיד חשוב יותר ויותר.

התקני ומעגלי SiC התפתחו במהירות מאז שנות ה-80, במיוחד מאז 1989 כאשר רקיקת מצע ה-SiC הראשונה נכנסה לשוק. בתחומים מסוימים, כגון דיודות פולטות אור, התקני הספק גבוה בתדר גבוה ומתח גבוה, נעשה שימוש מסחרי נרחב במכשירי SiC. ההתפתחות מהירה. לאחר כמעט 10 שנים של פיתוח, תהליך מכשירי SiC הצליח לייצר מכשירים מסחריים. מספר חברות המיוצגות על ידי Cree החלו להציע מוצרים מסחריים של מכשירי SiC. מכוני מחקר ואוניברסיטאות מקומיים השיגו גם הישגים משמחים בצמיחה של חומרי SiC וטכנולוגיית ייצור מכשירים. אמנם לחומר ה-SiC יש תכונות פיסיקליות וכימיות עדיפות מאוד, וגם טכנולוגיית מכשירי ה-SiC בשלה, אך הביצועים של מכשירי ומעגלי SiC אינם עדיפים. בנוסף לחומר ולתהליך ה-SiC יש לשפר כל הזמן. יש להשקיע מאמצים נוספים כיצד לנצל את היתרונות של חומרי SiC על ידי אופטימיזציה של מבנה מכשיר S5C או הצעת מבנה מכשיר חדש.

כַּיוֹם. המחקר של מכשירי SiC מתמקד בעיקר במכשירים דיסקרטיים. עבור כל סוג של מבנה מכשיר, המחקר הראשוני הוא פשוט להשתיל את מבנה התקן Si או GaAs המקביל ל-SiC מבלי לייעל את מבנה המכשיר. מכיוון ששכבת התחמוצת הפנימית של SiC זהה ל-Si, שהוא SiO2, זה אומר שניתן לייצר את רוב מכשירי ה-Si, במיוחד מכשירי m-pa, על SiC. למרות שמדובר בהשתלה פשוטה בלבד, חלק מהמכשירים שהתקבלו הגיעו לתוצאות משביעות רצון, וחלק מהמכשירים כבר נכנסו לשוק המפעלים.

מכשירי SiC אופטו-אלקטרוניים, במיוחד דיודות פולטות אור כחול (BLU-ray LEDs), נכנסו לשוק בתחילת שנות ה-90 והם מכשירי ה-SiC הראשונים בייצור המוני. דיודות SiC Schottky במתח גבוה, טרנזיסטורי כוח RF SiC, MOSFETs SiC ו-mesFETs זמינים גם הם מסחרית. כמובן, הביצועים של כל מוצרי ה-SiC הללו רחוקים מלשחק את מאפייני העל של חומרי SiC, ועדיין יש לחקור ולפתח את התפקוד והביצועים החזקים יותר של מכשירי SiC. השתלות פשוטות כאלה לרוב אינן יכולות לנצל במלואן את היתרונות של חומרי SiC. אפילו בתחום של כמה יתרונות של מכשירי SiC. חלק מהתקני SiC שיוצרו בתחילה אינם יכולים להתאים לביצועים של התקני Si או CaAs המתאימים.

על מנת להפוך טוב יותר את היתרונות של מאפייני חומרי SiC ליתרונות של התקני SiC, אנו לומדים כעת כיצד לייעל את תהליך ייצור המכשיר ומבנה המכשיר או לפתח מבנים חדשים ותהליכים חדשים לשיפור התפקוד והביצועים של התקני SiC.