อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พื้นผิวรุ่นที่สาม - SiC (ซิลิคอนคาร์ไบด์) และการประยุกต์ใช้งาน

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดใหม่ที่สำคัญที่สุดสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กโทรออปติกส์คลื่นแสงสั้น อุปกรณ์ทนอุณหภูมิสูง อุปกรณ์ทนรังสี และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง/กำลังสูง เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้งานภายใต้สภาวะที่รุนแรงและหนักหน่วง คุณลักษณะของอุปกรณ์ SiC นั้นเหนือกว่าอุปกรณ์ Si และอุปกรณ์ GaAs อย่างมาก ดังนั้น อุปกรณ์ SiC และเซ็นเซอร์ชนิดต่างๆ จึงค่อยๆ กลายเป็นอุปกรณ์สำคัญที่มีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

อุปกรณ์และวงจร SiC พัฒนาอย่างรวดเร็วตั้งแต่ทศวรรษ 1980 โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ปี 1989 เมื่อแผ่นเวเฟอร์ SiC แผ่นแรกเข้าสู่ตลาด ในบางสาขา เช่น ไดโอดเปล่งแสง อุปกรณ์ความถี่สูง กำลังสูง และแรงดันสูง อุปกรณ์ SiC ได้ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย การพัฒนาเป็นไปอย่างรวดเร็ว หลังจากพัฒนามาเกือบ 10 ปี กระบวนการผลิตอุปกรณ์ SiC ก็สามารถผลิตอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ได้แล้ว บริษัทหลายแห่งภายใต้การนำของ Cree ได้เริ่มนำเสนอผลิตภัณฑ์อุปกรณ์ SiC ในเชิงพาณิชย์ สถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยในประเทศก็ประสบความสำเร็จอย่างน่าชื่นชมในการพัฒนาวัสดุ SiC และเทคโนโลยีการผลิตอุปกรณ์ แม้ว่าวัสดุ SiC จะมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เหนือกว่ามาก และเทคโนโลยีอุปกรณ์ SiC ก็มีความสมบูรณ์แล้ว แต่ประสิทธิภาพของอุปกรณ์และวงจร SiC ยังไม่ดีเยี่ยม นอกจากวัสดุและกระบวนการผลิตอุปกรณ์ SiC จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องแล้ว ควรให้ความสำคัญกับการใช้ประโยชน์จากวัสดุ SiC โดยการปรับโครงสร้างอุปกรณ์ SiC ให้เหมาะสม หรือเสนอโครงสร้างอุปกรณ์ใหม่ๆ มากขึ้น

ในปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับอุปกรณ์ SiC ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่อุปกรณ์แบบแยกชิ้น สำหรับโครงสร้างอุปกรณ์แต่ละประเภท การวิจัยเบื้องต้นคือการย้ายโครงสร้างอุปกรณ์ Si หรือ GaAs ที่เกี่ยวข้องไปยัง SiC โดยไม่ต้องปรับแต่งโครงสร้างอุปกรณ์ เนื่องจากชั้นออกไซด์ภายในของ SiC เหมือนกับ Si ซึ่งก็คือ SiO2 นั่นหมายความว่าอุปกรณ์ Si ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอุปกรณ์ m-pa สามารถผลิตบน SiC ได้ แม้ว่าจะเป็นเพียงการย้ายแบบง่ายๆ แต่ก็มีอุปกรณ์บางส่วนที่ได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจ และบางส่วนได้เข้าสู่ตลาดโรงงานแล้ว

อุปกรณ์อิเล็กโทรออปติก SiC โดยเฉพาะไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงิน (LED) ได้เข้าสู่ตลาดในช่วงต้นทศวรรษ 1990 และเป็นอุปกรณ์ SiC ที่ผลิตในปริมาณมากเป็นครั้งแรก ไดโอด Schottky SiC แรงดันสูง ทรานซิสเตอร์กำลัง RF SiC MOSFET และ mesFET SiC ก็มีวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เช่นกัน แน่นอนว่าประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ SiC เหล่านี้ยังห่างไกลจากคุณสมบัติขั้นสุดยอดของวัสดุ SiC และฟังก์ชันและประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งกว่าของอุปกรณ์ SiC ยังคงต้องการการวิจัยและพัฒนา การดัดแปลงแบบง่ายๆ เช่นนี้มักไม่สามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีของวัสดุ SiC ได้อย่างเต็มที่ แม้แต่ในด้านข้อดีบางประการของอุปกรณ์ SiC อุปกรณ์ SiC ที่ผลิตในระยะแรกบางส่วนก็ยังไม่สามารถเทียบเท่าประสิทธิภาพของอุปกรณ์ Si หรือ CaAs ที่เทียบเคียงกันได้

เพื่อให้สามารถถ่ายทอดข้อดีของคุณสมบัติวัสดุ SiC ไปสู่ข้อดีของอุปกรณ์ SiC ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ปัจจุบันเรากำลังศึกษาถึงวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตและโครงสร้างของอุปกรณ์ หรือพัฒนาโครงสร้างและกระบวนการใหม่ ๆ เพื่อปรับปรุงการทำงานและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ SiC