Kalitate handiko silizio karburozko obleak errendimendu egonkorreko ekoizpen masibo egonkorrean ekoizteko zailtasun teknikoak hauek dira:
1) Kristalak 2000 °C-tik gorako tenperatura altuko ingurune zigilatu batean hazi behar direnez, tenperatura kontrolatzeko eskakizunak oso altuak dira;
2) Silizio karburoak 200 kristal-egitura baino gehiago dituenez, baina kristal bakarreko silizio karburoaren egitura gutxi batzuk baino ez direnez beharrezko erdieroale materialak, silizio-karbono erlazioa, hazkuntza-tenperaturaren gradientea eta kristalaren hazkuntza zehatz-mehatz kontrolatu behar dira kristalaren hazkuntza-prozesuan zehar. Abiadura eta aire-fluxuaren presioa bezalako parametroak;
3) Lurrun-faseko transmisio-metodoaren arabera, silizio karburo kristalen hazkuntzaren diametroaren hedapen-teknologia oso zaila da;
4) Silizio karburoaren gogortasuna diamantearenaren antzekoa da, eta ebakitzeko, ehotzeko eta leuntzeko teknikak zailak dira.
SiC epitaxial obleak: normalean lurrun-deposizio kimikoaren (CVD) metodoaren bidez fabrikatzen dira. Dopaketa mota desberdinen arabera, n motako eta p motako oblea epitaxialetan banatzen dira. Hantian Tiancheng eta Dongguan Tianyuk dagoeneko 4 hazbeteko/6 hazbeteko SiC epitaxial obleak eman ditzakete. SiC epitaxiarako, zaila da kontrolatzea tentsio handiko eremuan, eta SiC epitaxiaren kalitateak eragin handiagoa du SiC gailuetan. Gainera, epitaxial ekipamendua industriako lau enpresa nagusien monopoliopean dago: Axitron, LPE, TEL eta Nuflare.
Silizio karburo epitaxialaOblea silizio karburozko oblea da, non kristal bakarreko film bat (geruza epitaxiala) silizio karburozko substratuaren gainean hazten den, zenbait baldintzarekin eta substratuaren kristal berdinarekin. Hazkuntza epitaxiala batez ere CVD (Deposizio Kimikoa lurrun bidez) edo MBE (Izpi Molekularreko Epitaxia) ekipamendua erabiltzen da. Silizio karburozko gailuak zuzenean geruza epitaxialean fabrikatzen direnez, geruza epitaxialaren kalitateak zuzenean eragiten dio gailuaren errendimenduari eta etekinari. Gailuaren tentsio-iraupenaren errendimendua handitzen doan heinean, dagokion geruza epitaxialaren lodiera lodiagoa bihurtzen da eta kontrola zailagoa da. Oro har, tentsioa 600V ingurukoa denean, behar den geruza epitaxialaren lodiera 6 mikra ingurukoa da; tentsioa 1200-1700V artekoa denean, behar den geruza epitaxialaren lodiera 10-15 mikrara iristen da. Tentsioa 10.000 volt baino gehiagora iristen bada, 100 mikra baino gehiagoko geruza epitaxialaren lodiera behar izan daiteke. Epitaxial geruzaren lodiera handitzen doan heinean, gero eta zailagoa da lodieraren eta erresistentziaren uniformetasuna eta akatsen dentsitatea kontrolatzea.
SiC gailuak: Nazioartean, 600~1700V-ko SiC SBD eta MOSFET industrializatu dira. Produktu nagusiek 1200V-tik beherako tentsio-mailetan funtzionatzen dute eta batez ere TO ontziratzea erabiltzen dute. Prezioari dagokionez, nazioarteko merkatuan SiC produktuen prezioa Si-ren parekoa baino 5-6 aldiz garestiago dago. Hala ere, prezioak % 10eko urteko erritmoan jaisten ari dira, datozen 2-3 urteetan goi-mailako materialen eta gailuen ekoizpenaren hedapenarekin, merkatuaren eskaintza handituko da, eta horrek prezioen jaitsiera gehiago ekarriko ditu. Espero da Si produktuen prezioa baino 2-3 aldiz handiagoa denean, sistemaren kostuen murrizketak eta errendimenduaren hobekuntzak dakartzan abantailek SiC pixkanaka Si gailuen merkatu-espazioa hartzera bultzatuko dutela.
Ontzien ohiko ontziratzea siliziozko substratuetan oinarritzen da, eta hirugarren belaunaldiko erdieroale materialek, berriz, diseinu guztiz berria behar dute. Banda-tarte zabaleko potentzia-gailuetarako siliziozko ontziratze-egitura tradizionalak erabiltzeak arazo eta erronka berriak sor ditzake maiztasunarekin, kudeaketa termikoarekin eta fidagarritasunarekin lotuta. SiC potentzia-gailuak sentikorragoak dira kapazitantzia eta induktantzia parasitoekiko. Si gailuekin alderatuta, SiC potentzia-txipek kommutazio-abiadura azkarragoak dituzte, eta horrek gain-jauzitzea, oszilazioa, kommutazio-galeren handitzea eta baita gailuen matxurak ere ekar ditzake. Gainera, SiC potentzia-gailuek tenperatura altuagoetan funtzionatzen dute, eta horrek kudeaketa termikoko teknika aurreratuagoak behar ditu.
Hainbat egitura desberdin garatu dira banda-tarte zabaleko erdieroaleen potentzia-ontziratzearen arloan. Si oinarritutako potentzia-moduluen ohiko ontzia ez da egokia jada. Si oinarritutako potentzia-moduluen ohiko ontzien parasito-parametro altuen eta beroa xahutzeko eraginkortasun eskasaren arazoak konpontzeko, SiC potentzia-moduluen ontziek haririk gabeko interkonexioa eta alde bikoitzeko hozte-teknologia hartzen dituzte bere egituran, eta eroankortasun termiko hobea duten substratu-materialak ere hartzen dituzte, eta desakoplamendu-kondentsadoreak, tenperatura/korronte sentsoreak eta gidatzeko zirkuituak moduluen egituran integratzen saiatu dira, eta moduluen ontzietarako teknologia desberdinak garatu dituzte. Gainera, SiC gailuak fabrikatzeko oztopo tekniko handiak daude eta ekoizpen-kostuak handiak dira.
Silizio karburozko gailuak silizio karburozko substratu batean epitaxial geruzak metatuz ekoizten dira CVD bidez. Prozesuak garbiketa, oxidazioa, fotolitografia, grabatzea, fotoerresistentzia kentzea, ioien inplantazioa, silizio nitruroaren lurrun kimikoaren bidezko metaketa, leuntzea, sputtering-a eta ondorengo prozesatzeko urratsak barne hartzen ditu, gailuaren egitura SiC kristal bakarreko substratuan eratzeko. SiC potentzia gailu mota nagusien artean SiC diodoak, SiC transistoreak eta SiC potentzia moduluak daude. Goiko materialaren ekoizpen abiadura motela eta errendimendu tasa baxuak bezalako faktoreengatik, silizio karburozko gailuek fabrikazio kostu nahiko altuak dituzte.
Gainera, silizio karburozko gailuen fabrikazioak zailtasun tekniko batzuk ditu:
1) Silizio karburo materialen ezaugarriekin bat datorren prozesu espezifiko bat garatu behar da. Adibidez: SiC-k urtze-puntu altua du, eta horrek difusio termiko tradizionala eraginkorra ez izatea eragiten du. Ioi-inplantazioaren dopaketa-metodoa erabili behar da eta tenperatura, berotze-tasa, iraupena eta gas-fluxua bezalako parametroak zehatz-mehatz kontrolatu; SiC disolbatzaile kimikoekiko geldoa da. Grabatu 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 karburozko obleetan metalezko elektrodoak fabrikatzeko, 10-5Ω2 baino gutxiagoko kontaktu-erresistentzia behar da. Baldintzak betetzen dituzten elektrodo-materialek, Ni eta Al-ek, 100 °C-tik gorako egonkortasun termiko eskasa dute, baina Al/Ni-k egonkortasun termiko hobea du. /W/Au konpositezko elektrodo-materialaren kontaktu-erresistentzia espezifikoa 10-3Ω2 handiagoa da;
3) SiC-k ebaketa-higadura handia du, eta SiC-ren gogortasuna diamantearen atzetik bigarrena da, eta horrek ebaketa, artezketa, leuntzea eta beste teknologia batzuetarako eskakizun handiagoak eskatzen ditu.
Gainera, silizio karburozko lubaki-potentzia gailuak zailagoak dira fabrikatzen. Gailu-egitura desberdinen arabera, silizio karburozko potentzia gailuak gailu planar eta lubaki-gailuetan bana daitezke batez ere. Silizio karburozko potentzia gailu planarrak unitate-koherentzia ona eta fabrikazio-prozesu sinplea dute, baina JFET efektuarekiko joera dute eta kapazitantzia parasito eta egoera aktiboko erresistentzia handia dute. Gailu planarrekin alderatuta, silizio karburozko lubaki-potentzia gailuek unitate-koherentzia txikiagoa dute eta fabrikazio-prozesu konplexuagoa dute. Hala ere, lubaki-egitura gailu-unitateen dentsitatea handitzeko lagungarria da eta JFET efektua sortzeko aukera gutxiago du, eta hori onuragarria da kanal-mugikortasunaren arazoa konpontzeko. Propietate bikainak ditu, hala nola erresistentzia txikia, kapazitantzia parasito txikia eta kommutazio-energia-kontsumo txikia. Kostu eta errendimendu abantaila nabarmenak ditu eta silizio karburozko potentzia-gailuen garapenaren norabide nagusia bihurtu da. Rohm-en webgune ofizialaren arabera, ROHM Gen3 egitura (Gen1 Trench egitura) Gen2 (Plannar2) txiparen azaleraren % 75 baino ez da, eta ROHM Gen3 egituraren erresistentzia % 50 murrizten da txiparen tamaina beraren pean.
Silizio karburozko substratuak, epitaxiak, aurrealdeak, I+G gastuak eta beste batzuek silizio karburozko gailuen fabrikazio kostuaren % 47, % 23, % 19, % 6 eta % 5 hartzen dituzte, hurrenez hurren.
Azkenik, silizio karburoaren industria-katean substratuen oztopo teknikoak haustean jarriko dugu arreta.
Silizio karburozko substratuen ekoizpen-prozesua siliziozko substratuen antzekoa da, baina zailagoa.
Silizio karburo substratuaren fabrikazio prozesuak, oro har, lehengaien sintesia, kristalen hazkuntza, lingoteen prozesamendua, lingoteen mozketa, obleen ehotzea, leuntzea, garbiketa eta beste lotura batzuk barne hartzen ditu.
Kristalen hazkuntza-etapa da prozesu osoaren muina, eta urrats honek silizio karburozko substratuaren propietate elektrikoak zehazten ditu.
Silizio karburozko materialak zailak dira fase likidoan haztea baldintza normaletan. Gaur egun merkatuan ezaguna den lurrun-faseko hazkuntza-metodoak 2300 °C-tik gorako hazkuntza-tenperatura du eta hazkuntza-tenperaturaren kontrol zehatza behar du. Eragiketa-prozesu osoa ia ezinezkoa da behatzea. Akats txiki batek produktua botatzea ekarriko du. Alderatuz gero, siliziozko materialek 1600 ℃ baino ez dituzte behar, eta hori askoz txikiagoa da. Silizio karburozko substratuak prestatzeak zailtasunak ere baditu, hala nola kristalen hazkuntza motela eta kristal-formaren eskakizun handiak. Silizio karburozko oblearen hazkuntzak 7-10 egun inguru irauten du, eta siliziozko hagatxoaren tiraketak, berriz, 2 egun eta erdi besterik ez. Gainera, silizio karburoa diamantearen atzetik bigarren gogortasun-materiala da. Asko galduko du ebakitzean, arteztean eta leuntzean, eta irteera-erlazioa % 60koa baino ez da.
Badakigu joera silizio karburozko substratuen tamaina handitzekoa dela, tamaina handitzen doan heinean, diametroaren hedapen-teknologiaren eskakizunak gero eta handiagoak dira. Kristalen hazkunde iteratiboa lortzeko hainbat kontrol-elementu teknikoren konbinazioa behar da.
Argitaratze data: 2024ko maiatzaren 22a