Anders als diskrete S1C-Geräte, die auf hohe Spannung, hohe Leistung, hohe Frequenz und hohe Temperaturen ausgelegt sind, besteht das Forschungsziel bei integrierten SiC-Schaltkreisen hauptsächlich darin, digitale Hochtemperaturschaltkreise für Steuerschaltkreise intelligenter Leistungs-ICs zu erhalten. Da das interne elektrische Feld bei integrierten SiC-Schaltkreisen sehr gering ist, wird der Einfluss von Mikrotubuli-Defekten stark verringert. Dies ist der erste monolithische integrierte Operationsverstärkerchip aus SiC, der verifiziert wurde. Die tatsächliche und durch das Endprodukt bestimmte Ausbeute ist viel höher als die der Mikrotubuli-Defekte. Basierend auf dem SiC-Ausbeutemodell bestehen daher offensichtlich Unterschiede zwischen Si- und CaAs-Materialien. Der Chip basiert auf der Verarmungs-NMOSFET-Technologie. Der Hauptgrund dafür ist, dass die effektive Trägermobilität von SiC-MOSFETs mit Sperrkanal zu gering ist. Um die Oberflächenmobilität von SiC zu verbessern, muss der thermische Oxidationsprozess von SiC verbessert und optimiert werden.
Die Purdue University hat sich intensiv mit integrierten SiC-Schaltkreisen beschäftigt. 1992 wurde erfolgreich ein monolithischer digitaler integrierter Schaltkreis basierend auf Reverse-Channel-6H-SIC-NMOSFETs entwickelt. Der Chip enthält sowohl Not-Gate-, On-Or-Gate-, Binärzähler- als auch Halbaddierer-Schaltungen und ist im Temperaturbereich von 25 °C bis 300 °C betriebsbereit. 1995 wurde der erste planare SiC-MESFET-IC mithilfe der Vanadium-Injektionsisolationstechnologie hergestellt. Durch präzise Steuerung der injizierten Vanadiummenge kann ein isolierendes SiC erhalten werden.
In digitalen Logikschaltungen sind CMOS-Schaltungen attraktiver als NMOS-Schaltungen. Im September 1996 wurde die erste digitale integrierte 6H-SIC-CMOS-Schaltung hergestellt. Das Gerät verwendet injizierte N-Ordnung und eine abgeschiedene Oxidschicht, aber aufgrund anderer Prozessprobleme war die Schwellenspannung der Chip-PMOSFETs zu hoch. Im März 1997 wurde bei der Herstellung der zweiten Generation der SiC-CMOS-Schaltung die Technologie der Injektion von P-Fallen und einer thermisch gewachsenen Oxidschicht übernommen. Die durch Prozessverbesserung erreichte Schwellenspannung der PMOSEFTs beträgt etwa -4,5 V. Alle Schaltungen auf dem Chip funktionieren bei Raumtemperatur bis 300 °C einwandfrei und werden von einer einzigen Stromversorgung mit einer Spannung zwischen 5 und 15 V versorgt.
Mit der Verbesserung der Substratwaferqualität werden funktionellere und ertragreichere integrierte Schaltkreise hergestellt. Sobald die SiC-Material- und Prozessprobleme jedoch grundsätzlich gelöst sind, wird die Zuverlässigkeit von Bauelement und Gehäuse zum Hauptfaktor für die Leistungsfähigkeit von Hochtemperatur-SiC-integrierten Schaltkreisen.
Veröffentlichungszeit: 23. August 2022