התקני קרביד משטחיים של מוליכים למחצה מדור שלישי ויישומיהם

כסוג חדש של חומר מוליך למחצה, SiC הפך לחומר המוליך למחצה החשוב ביותר לייצור התקנים אופטואלקטרוניים באורך גל קצר, התקנים בטמפרטורה גבוהה, התקנים עמידים לקרינה והתקנים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה/גבוה, הודות לתכונותיו הפיזיקליות והכימיות והחשמליות המעולות. במיוחד כאשר הם מיושמים בתנאים קיצוניים וקשים, המאפיינים של התקני SiC עולים בהרבה על אלה של התקני Si והתקני GaAs. לכן, התקני SiC וסוגים שונים של חיישנים הפכו בהדרגה לאחד מההתקנים המרכזיים, וממלאים תפקיד חשוב יותר ויותר.

התקני ומעגלים של SiC התפתחו במהירות מאז שנות ה-80, במיוחד מאז 1989, כאשר פרוסת המצע הראשונה של SiC נכנסה לשוק. בתחומים מסוימים, כגון דיודות פולטות אור, התקני הספק גבוה ומתח גבוה בתדר גבוה, התקני SiC נמצאים בשימוש מסחרי נרחב. הפיתוח מהיר. לאחר כמעט 10 שנות פיתוח, תהליך התקני ה-SiC הצליח לייצר התקנים מסחריים. מספר חברות המיוצגות על ידי Cree החלו להציע מוצרים מסחריים של התקני SiC. מכוני מחקר ואוניברסיטאות מקומיים הגיעו גם הם להישגים משמחים בצמיחה של חומרי SiC ובטכנולוגיית ייצור התקנים. למרות שלחומר SiC תכונות פיזיקליות וכימיות מעולות מאוד, וטכנולוגיית התקני ה-SiC גם היא בוגרת, אך ביצועי התקני ומעגלי ה-SiC אינם טובים יותר. בנוסף, יש צורך לשפר כל הזמן את חומר ה-SiC ואת תהליך ההתקן. יש להשקיע מאמצים רבים יותר כיצד לנצל את חומרי ה-SiC על ידי אופטימיזציה של מבנה התקני S5C או הצעת מבנה התקן חדש.

נכון לעכשיו, המחקר של התקני SiC מתמקד בעיקר בהתקנים נפרדים. עבור כל סוג של מבנה התקן, המחקר הראשוני הוא פשוט להשתיל את מבנה התקן ה-Si או GaAs המתאימים ל-SiC מבלי לבצע אופטימיזציה של מבנה המכשיר. מכיוון ששכבת התחמוצת הפנימית של SiC זהה ל-Si, שהוא SiO2, משמעות הדבר היא שניתן לייצר את רוב התקני ה-Si, במיוחד התקני m-pa, על SiC. למרות שמדובר בהשתלה פשוטה בלבד, חלק מההתקנים שהתקבלו השיגו תוצאות משביעות רצון, וחלק מההתקנים כבר נכנסו לשוק המפעל.

התקנים אופטואלקטרוניים מ-SiC, ובמיוחד דיודות פולטות אור כחול (BLU-ray LED), נכנסו לשוק בתחילת שנות ה-90 והם התקני ה-SiC הראשונים שיוצרו בייצור המוני. דיודות שוטקי מ-SiC במתח גבוה, טרנזיסטורי הספק RF מ-SiC, טרנזיסטורי MOSFET מ-SiC ו-mesFET זמינים גם הם מסחרית. כמובן, הביצועים של כל מוצרי ה-SiC הללו רחוקים מלהיות המאפיינים הטובים ביותר של חומרי SiC, ועדיין יש צורך לחקור ולפתח את התפקוד והביצועים החזקים יותר של התקני SiC. השתלות פשוטות כאלה לרוב אינן יכולות לנצל במלואן את היתרונות של חומרי SiC. אפילו בתחום היתרונות של התקני SiC, חלק מהתקני ה-SiC שיוצרו בתחילה אינם יכולים להשתוות לביצועים של התקני ה-Si או CaAs המתאימים.

על מנת להפוך טוב יותר את היתרונות של מאפייני חומר ה-SiC ליתרונות של התקני SiC, אנו חוקרים כעת כיצד לייעל את תהליך ייצור ההתקנים ואת מבנה ההתקן או לפתח מבנים ותהליכים חדשים לשיפור התפקוד והביצועים של התקני SiC.