В отличие от дискретных устройств S1C, которые стремятся к высоким напряжениям, высокой мощности, высокой частоте и высоким температурам, целью исследований интегральных схем на основе SiC является, главным образом, получение высокотемпературных цифровых схем для интеллектуальных силовых интегральных схем управления. Поскольку внутреннее электрическое поле в интегральных схемах на основе SiC очень низкое, влияние дефектов микротрубочек значительно уменьшается. Это первый экземпляр монолитного интегрального операционного усилителя на основе SiC, который был протестирован. Фактический выход годных изделий, определяемый дефектами микротрубочек, значительно выше, чем у аналогичных устройств. Следовательно, модель выхода годных изделий на основе SiC и материалы Si и CaAs существенно различаются. В основе чипа лежит технология NMOSFET с обедненным слоем. Основная причина заключается в том, что эффективная подвижность носителей заряда в SiC MOSFET с обратным каналом слишком низка. Для повышения поверхностной подвижности SiC необходимо улучшить и оптимизировать процесс термического окисления SiC.
Университет Пердью проделал большую работу по разработке интегральных схем на основе SiC. В 1992 году была успешно разработана монолитная цифровая интегральная схема на основе NMOSFET с обратным каналом 6H-SIC. Микросхема содержит схемы с логическим элементом «или-или», «или-или», «включено-или», двоичным счетчиком и полусумматором и может корректно работать в диапазоне температур от 25°C до 300°C. В 1995 году были изготовлены первые интегральные схемы на основе плоского SiC MESFET с использованием технологии изоляции путем инжекции ванадия. Благодаря точному контролю количества инжектируемого ванадия можно получить изолирующий SiC.
В цифровых логических схемах КМОП-схемы более привлекательны, чем НМОП-схемы. В сентябре 1996 года была изготовлена первая цифровая интегральная схема 6H-SIC CMOS. В устройстве используется инжекция N-порядка и осаждение оксидного слоя, но из-за других технологических проблем пороговое напряжение PMOSFET-транзисторов на кристалле слишком высокое. В марте 1997 года при производстве второго поколения SiC CMOS-схем была применена технология инжекции P-ловушек и термического роста оксидного слоя. Пороговое напряжение PMOSFET-транзисторов, полученное благодаря усовершенствованию процесса, составляет около -4,5 В. Все схемы на кристалле хорошо работают при комнатной температуре до 300 °C и питаются от одного источника питания, напряжение которого может составлять от 5 до 15 В.
Благодаря улучшению качества подложек, будут создаваться более функциональные интегральные схемы с более высоким выходом годной продукции. Однако, когда проблемы, связанные с материалом SiC и технологическим процессом, будут в основном решены, надежность устройства и корпуса станет основным фактором, влияющим на производительность высокотемпературных интегральных схем на основе SiC.
Дата публикации: 23 августа 2022 г.