อุปกรณ์พื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม -SiC (ซิลิกอนคาร์ไบด์) และการใช้งาน

เนื่องจากเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดใหม่ SiC จึงกลายเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญที่สุดสำหรับการผลิตอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์แบบความยาวคลื่นสั้น อุปกรณ์อุณหภูมิสูง อุปกรณ์ต้านทานรังสี และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง/กำลังสูง เนื่องมาจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติทางไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนำไปใช้ภายใต้สภาวะที่รุนแรงและรุนแรง ลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์ SiC จะเหนือกว่าอุปกรณ์ Si และอุปกรณ์ GaAs มาก ดังนั้น อุปกรณ์ SiC และเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ จึงค่อยๆ กลายมาเป็นอุปกรณ์สำคัญอย่างหนึ่ง และมีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

อุปกรณ์และวงจร SiC ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วตั้งแต่ทศวรรษ 1980 โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ปี 1989 เมื่อเวเฟอร์ซับสเตรต SiC ตัวแรกเข้าสู่ตลาด ในบางสาขา เช่น ไดโอดเปล่งแสง อุปกรณ์กำลังสูงและแรงดันไฟฟ้าสูง อุปกรณ์ SiC ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย การพัฒนาเป็นไปอย่างรวดเร็ว หลังจากการพัฒนามาเกือบ 10 ปี กระบวนการอุปกรณ์ SiC สามารถผลิตอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ได้ บริษัทหลายแห่งที่ Cree เป็นตัวแทนได้เริ่มเสนอผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ของอุปกรณ์ SiC สถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยในประเทศยังประสบความสำเร็จอย่างน่าพอใจในด้านการเติบโตของวัสดุ SiC และเทคโนโลยีการผลิตอุปกรณ์ แม้ว่าวัสดุ SiC จะมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เหนือกว่ามาก และเทคโนโลยีอุปกรณ์ SiC ก็มีความเป็นผู้ใหญ่เช่นกัน แต่ประสิทธิภาพของอุปกรณ์และวงจร SiC ยังไม่เหนือกว่า นอกจากวัสดุ SiC และกระบวนการอุปกรณ์จะต้องได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ควรมีการพยายามมากขึ้นในการใช้ประโยชน์จากวัสดุ SiC โดยการปรับโครงสร้างอุปกรณ์ S5C ให้เหมาะสมหรือเสนอโครงสร้างอุปกรณ์ใหม่

ปัจจุบันการวิจัยอุปกรณ์ SiC มุ่งเน้นไปที่อุปกรณ์แบบแยกส่วนเป็นหลัก สำหรับโครงสร้างอุปกรณ์แต่ละประเภท การวิจัยเบื้องต้นคือการปลูกถ่ายโครงสร้างอุปกรณ์ Si หรือ GaAs ที่สอดคล้องกันไปยัง SiC โดยไม่ต้องปรับโครงสร้างอุปกรณ์ให้เหมาะสม เนื่องจากชั้นออกไซด์ภายในของ SiC เหมือนกับ Si ซึ่งก็คือ SiO2 ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์ SiC ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอุปกรณ์ m-pa สามารถผลิตบน SiC ได้ แม้ว่าจะเป็นเพียงการปลูกถ่ายแบบง่ายๆ แต่ก็มีอุปกรณ์บางส่วนที่ได้มาให้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจ และอุปกรณ์บางส่วนก็ได้เข้าสู่ตลาดโรงงานแล้ว

อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ SiC โดยเฉพาะไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงิน (ไฟ LED BLU-ray) ได้เข้าสู่ตลาดในช่วงต้นทศวรรษ 1990 และเป็นอุปกรณ์ SiC ที่ผลิตจำนวนมากชุดแรก ไดโอด Schottky SiC แรงดันไฟฟ้าสูง ทรานซิสเตอร์กำลัง RF SiC, SiC MOSFET และ mesFET ก็มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เช่นกัน แน่นอนว่าประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ SiC เหล่านี้ทั้งหมดนั้นยังห่างไกลจากคุณสมบัติพิเศษของวัสดุ SiC มาก และยังต้องมีการวิจัยและพัฒนาฟังก์ชันและประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งกว่าของอุปกรณ์ SiC การปลูกถ่ายแบบง่ายๆ ดังกล่าวมักไม่สามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีของวัสดุ SiC ได้อย่างเต็มที่ แม้แต่ในด้านของข้อดีบางประการของอุปกรณ์ SiC อุปกรณ์ SiC บางส่วนที่ผลิตขึ้นในช่วงแรกไม่สามารถเทียบได้กับประสิทธิภาพของอุปกรณ์ Si หรือ CaAs ที่เกี่ยวข้อง

เพื่อที่จะแปลงข้อดีของคุณลักษณะของวัสดุ SiC ให้เป็นข้อดีของอุปกรณ์ SiC ได้ดีขึ้น ขณะนี้เรากำลังศึกษาว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตอุปกรณ์และโครงสร้างอุปกรณ์ หรือพัฒนาโครงสร้างและกระบวนการใหม่ๆ เพื่อปรับปรุงการทำงานและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ SiC ได้อย่างไร