Als nieuw type halfgeleidermateriaal is siliciumcarbide (SiC) uitgegroeid tot het belangrijkste halfgeleidermateriaal voor de productie van opto-elektronische apparaten met korte golflengte, apparaten voor hoge temperaturen, stralingsbestendige apparaten en hoogvermogen elektronische apparaten, dankzij de uitstekende fysische, chemische en elektrische eigenschappen. Vooral onder extreme en zware omstandigheden overtreffen SiC-apparaten die van Si- en GaAs-apparaten ruimschoots. Daarom zijn SiC-apparaten en diverse soorten sensoren geleidelijk aan uitgegroeid tot een van de belangrijkste componenten, die een steeds belangrijkere rol spelen.
SiC-componenten en -circuits hebben zich sinds de jaren 80 snel ontwikkeld, met name sinds 1989 toen de eerste SiC-substraatwafer op de markt kwam. In sommige toepassingsgebieden, zoals lichtemitterende diodes, hoogfrequente, hoogvermogen- en hoogspanningscomponenten, worden SiC-componenten al op grote schaal commercieel gebruikt. De ontwikkeling verloopt razendsnel. Na bijna tien jaar ontwikkeling is het productieproces van SiC-componenten geschikt voor commerciële productie. Verschillende bedrijven, waaronder Cree, zijn begonnen met het aanbieden van commerciële SiC-producten. Ook binnenlandse onderzoeksinstellingen en universiteiten hebben bevredigende resultaten geboekt op het gebied van SiC-materiaalontwikkeling en -productietechnologie. Hoewel SiC-materiaal zeer superieure fysische en chemische eigenschappen bezit en de SiC-componenttechnologie volwassen is, zijn de prestaties van SiC-componenten en -circuits nog niet superieur. Naast de voortdurende verbetering van het SiC-materiaal en het productieproces, is er meer aandacht nodig voor het optimaliseren van de SiC-componentstructuur door middel van optimalisatie of het ontwikkelen van nieuwe componentstructuren.
Momenteel richt het onderzoek naar SiC-componenten zich voornamelijk op discrete componenten. Voor elk type componentstructuur bestaat het initiële onderzoek uit het simpelweg overzetten van de corresponderende Si- of GaAs-componentstructuur naar SiC, zonder de componentstructuur te optimaliseren. Omdat de intrinsieke oxidelaag van SiC gelijk is aan die van Si, namelijk SiO2, betekent dit dat de meeste Si-componenten, met name m-pa-componenten, op SiC kunnen worden geproduceerd. Hoewel het slechts een eenvoudige overzetting betreft, hebben sommige van de verkregen componenten bevredigende resultaten opgeleverd en zijn sommige al op de fabrieksmarkt terechtgekomen.
SiC-optoelektronische apparaten, met name blauwe lichtemitterende diodes (Blu-ray leds), kwamen begin jaren negentig op de markt en waren de eerste SiC-apparaten die op grote schaal werden geproduceerd. Hoogspannings-SiC Schottky-diodes, SiC RF-vermogenstransistors, SiC MOSFETs en mesFETs zijn ook commercieel verkrijgbaar. De prestaties van al deze SiC-producten benaderen uiteraard nog lang niet de superieure eigenschappen van SiC-materialen, en er is nog steeds onderzoek en ontwikkeling nodig naar de functionaliteit en prestaties van SiC-apparaten. Dergelijke eenvoudige transplantaties benutten vaak niet volledig de voordelen van SiC-materialen. Zelfs op het gebied van de specifieke voordelen van SiC-apparaten, kunnen sommige van de in eerste instantie geproduceerde SiC-apparaten de prestaties van de overeenkomstige Si- of CaAs-apparaten niet evenaren.
Om de voordelen van de materiaaleigenschappen van SiC beter te benutten voor SiC-componenten, onderzoeken we momenteel hoe we het productieproces en de structuur van componenten kunnen optimaliseren, of hoe we nieuwe structuren en processen kunnen ontwikkelen om de functionaliteit en prestaties van SiC-componenten te verbeteren.
Geplaatst op: 23 augustus 2022