حالة البحث في الدوائر المتكاملة المصنوعة من كربيد السيليكون

على عكس الأجهزة المنفصلة المصنوعة من السيليكون كاربيد (SiC) والتي تتميز بخصائص الجهد العالي والطاقة العالية والتردد العالي ودرجة الحرارة العالية، يهدف البحث في الدوائر المتكاملة المصنوعة من السيليكون كاربيد (SiC) بشكل أساسي إلى الحصول على دوائر رقمية عالية الحرارة لدوائر التحكم في دوائر الطاقة الذكية المتكاملة. ونظرًا لانخفاض المجال الكهربائي الداخلي في الدوائر المتكاملة المصنوعة من السيليكون كاربيد، فإن تأثير عيوب الأنابيب الدقيقة سيقل بشكل كبير. وقد تم التحقق من أول شريحة مكبر عمليات متكامل أحادي البنية من السيليكون كاربيد، حيث كان المنتج النهائي الفعلي، وفقًا لنموذج الإنتاجية، أعلى بكثير من عيوب الأنابيب الدقيقة. وبالتالي، يختلف نموذج إنتاجية السيليكون كاربيد بشكل واضح عن نموذج إنتاجية السيليكون كاربيد. تعتمد الشريحة على تقنية NMOSFET المستنفدة. والسبب الرئيسي هو انخفاض حركة حاملات الشحنة الفعالة في ترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون كاربيد ذات القناة العكسية. ولتحسين حركة حاملات الشحنة السطحية للسيليكون كاربيد، من الضروري تحسين عملية الأكسدة الحرارية للسيليكون كاربيد.

أنجزت جامعة بيردو العديد من الأبحاث في مجال الدوائر المتكاملة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC). في عام 1992، تم تطوير مصنع ناجح يعتمد على دارة متكاملة رقمية أحادية من نوع NMOSFET ذات قناة عكسية من كربيد السيليكون 6H. تحتوي الرقاقة على دوائر بوابة "وليس"، وبوابة "أو ليس"، وبوابة "أو"، وعداد ثنائي، وجامع نصفي، وتعمل بكفاءة في نطاق درجات حرارة يتراوح بين 25 و300 درجة مئوية. في عام 1995، تم تصنيع أول دارة متكاملة من نوع MESFET ذات سطح مستوٍ من كربيد السيليكون باستخدام تقنية عزل حقن الفاناديوم. ومن خلال التحكم الدقيق في كمية الفاناديوم المحقون، يمكن الحصول على كربيد سيليكون عازل.

في دوائر المنطق الرقمي، تُعدّ دوائر CMOS أكثر جاذبية من دوائر NMOS. في سبتمبر 1996، تم تصنيع أول دائرة متكاملة رقمية CMOS من نوع 6H-SIC. يستخدم هذا الجهاز طبقة أكسيد من الرتبة N المحقونة وطبقة أكسيد مُرَسَّبة، ولكن بسبب مشاكل أخرى في عملية التصنيع، كان جهد عتبة ترانزستورات PMOSFET في الشريحة مرتفعًا جدًا. في مارس 1997، أثناء تصنيع الجيل الثاني من دوائر SiC CMOS، تم اعتماد تقنية حقن مصيدة P وطبقة أكسيد مُنمَّاة حراريًا. وقد تم تحسين جهد عتبة ترانزستورات PMOSFET من خلال تحسين عملية التصنيع، ليصبح حوالي -4.5 فولت. تعمل جميع الدوائر الموجودة على الشريحة بكفاءة في درجة حرارة الغرفة وحتى 300 درجة مئوية، ويتم تشغيلها بواسطة مصدر طاقة واحد، يمكن أن يتراوح جهده بين 5 و15 فولت.

مع تحسن جودة رقائق الركيزة، سيتم تصنيع دوائر متكاملة ذات وظائف أكثر وإنتاجية أعلى. ومع ذلك، عندما يتم حل مشكلات مادة السيليكون كاربايد وعملية تصنيعه بشكل أساسي، ستصبح موثوقية الجهاز والتغليف العامل الرئيسي المؤثر على أداء الدوائر المتكاملة المصنوعة من السيليكون كاربايد في درجات الحرارة العالية.