باعتبارها نوعًا جديدًا من مواد أشباه الموصلات، أصبحت مادة كربيد السيليكون (SiC) أهم مادة في تصنيع الأجهزة الإلكترونية الضوئية ذات الأطوال الموجية القصيرة، والأجهزة التي تعمل في درجات حرارة عالية، والأجهزة المقاومة للإشعاع، والأجهزة الإلكترونية عالية القدرة، وذلك بفضل خصائصها الفيزيائية والكيميائية والكهربائية الممتازة. وتتفوق خصائص أجهزة كربيد السيليكون، خاصةً عند استخدامها في ظروف قاسية، على خصائص أجهزة السيليكون وأجهزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs). لذا، أصبحت أجهزة كربيد السيليكون وأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار من الأجهزة الرئيسية، وتلعب دورًا متزايد الأهمية.
شهدت أجهزة ودوائر كربيد السيليكون (SiC) تطورًا سريعًا منذ ثمانينيات القرن الماضي، لا سيما منذ عام 1989 عندما دخلت أول رقاقة ركيزة من كربيد السيليكون السوق. وفي بعض المجالات، مثل الثنائيات الباعثة للضوء، وأجهزة التردد العالي والطاقة العالية والجهد العالي، تُستخدم أجهزة كربيد السيليكون على نطاق واسع تجاريًا. وبعد ما يقرب من عشر سنوات من التطوير، أصبح بالإمكان تصنيع أجهزة تجارية باستخدام عملية تصنيع أجهزة كربيد السيليكون. وقد بدأت العديد من الشركات، وعلى رأسها شركة كري، في طرح منتجات تجارية من أجهزة كربيد السيليكون. كما حققت معاهد البحث والجامعات المحلية إنجازات مُرضية في مجال نمو مادة كربيد السيليكون وتقنية تصنيع الأجهزة. وعلى الرغم من أن مادة كربيد السيليكون تتمتع بخصائص فيزيائية وكيميائية فائقة، وأن تقنية تصنيع أجهزة كربيد السيليكون ناضجة، إلا أن أداء أجهزة ودوائر كربيد السيليكون لا يزال دون المستوى المطلوب. إضافةً إلى ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى تحسين مستمر لمادة كربيد السيليكون وعملية تصنيع الأجهزة. وينبغي بذل المزيد من الجهود للاستفادة من مواد كربيد السيليكون من خلال تحسين بنية جهاز S5C أو اقتراح بنى أجهزة جديدة.
يركز البحث الحالي في أجهزة كربيد السيليكون (SiC) بشكل أساسي على الأجهزة المنفصلة. بالنسبة لكل نوع من أنواع هياكل الأجهزة، يتمثل البحث الأولي ببساطة في نقل هيكل جهاز السيليكون (Si) أو زرنيخيد الغاليوم (GaAs) المقابل إلى كربيد السيليكون دون تحسين هيكل الجهاز. ولأن طبقة الأكسيد الداخلية لكربيد السيليكون هي نفسها طبقة أكسيد السيليكون (SiO2)، فهذا يعني أنه يمكن تصنيع معظم أجهزة السيليكون، وخاصة أجهزة m-pa، على كربيد السيليكون. على الرغم من أنها مجرد عملية نقل بسيطة، فقد حققت بعض الأجهزة التي تم الحصول عليها نتائج مرضية، ودخل بعضها بالفعل إلى السوق الصناعية.
دخلت الأجهزة الكهروضوئية المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC)، وخاصة الثنائيات الباعثة للضوء الأزرق (LEDs)، إلى السوق في أوائل التسعينيات، وهي أولى الأجهزة المصنوعة من كربيد السيليكون التي تم إنتاجها بكميات كبيرة. كما تتوفر تجارياً ثنائيات شوتكي عالية الجهد المصنوعة من كربيد السيليكون، وترانزستورات طاقة الترددات الراديوية المصنوعة من كربيد السيليكون، وترانزستورات MOSFET وmesFET المصنوعة من كربيد السيليكون. بالطبع، لا يزال أداء جميع منتجات كربيد السيليكون هذه بعيداً عن استغلال الخصائص الفائقة لمواد كربيد السيليكون، ولا يزال تطوير وظائف وأداء أجهزة كربيد السيليكون القوية يتطلب المزيد من البحث والتطوير. غالباً ما تعجز عمليات النقل البسيطة هذه عن استغلال مزايا مواد كربيد السيليكون بشكل كامل. حتى في بعض المجالات التي تتمتع فيها أجهزة كربيد السيليكون بمزاياها، لا تستطيع بعض أجهزة كربيد السيليكون المصنعة في البداية منافسة أداء أجهزة السيليكون أو زرنيخيد الكالسيوم المقابلة لها.
من أجل تحويل مزايا خصائص مادة SiC إلى مزايا أجهزة SiC بشكل أفضل، فإننا ندرس حاليًا كيفية تحسين عملية تصنيع الجهاز وهيكل الجهاز أو تطوير هياكل وعمليات جديدة لتحسين وظيفة وأداء أجهزة SiC.
تاريخ النشر: 23 أغسطس 2022