Тотрыклы эшләүчән югары сыйфатлы кремний карбид пластиналарын тотрыклы рәвештә күпләп җитештерүдәге техник кыенлыклар түбәндәгеләрне үз эченә ала:
1) Кристаллар 2000°C тан югарырак температуралы ябык мохиттә үсәргә тиеш булганлыктан, температураны контрольдә тоту таләпләре бик югары;
2) Кремний карбиды 200 дән артык кристалл структурасына ия булганлыктан, ләкин монокристалл кремний карбиды структуралары берничә генә ярымүткәргеч материал буларак кирәк булганлыктан, кристалл үсеш процессында кремний-углерод нисбәтен, үсеш температурасы градиентын һәм кристалл үсешен төгәл контрольдә тотарга кирәк. Тизлек һәм һава агымы басымы кебек параметрлар;
3) Пар фазасын үткәрү ысулы буенча, кремний карбиды кристалларын үстерүнең диаметрын киңәйтү технологиясе бик катлаулы;
4) Кремний карбидының катылыгы алмазныкына якын, һәм кисү, тарту һәм ялтырату ысуллары катлаулы.
SiC эпитаксиаль пластиналары: гадәттә химик пар белән каплау (CVD) ысулы белән җитештерелә. Төрле легирлау төрләренә карап, алар n-тип һәм p-тип эпитаксиаль пластиналарга бүленә. Үзебезнең Hantian Tiancheng һәм Dongguan Tianyu компанияләре инде 4 дюйм/6 дюймлы SiC эпитаксиаль пластиналарын тәкъдим итә ала. SiC эпитаксиясе өчен аны югары вольтлы өлкәдә контрольдә тоту авыр, һәм SiC эпитаксиясенең сыйфаты SiC җайланмаларына зуррак йогынты ясый. Моннан тыш, эпитаксиаль җиһазлар тармактагы дүрт әйдәп баручы компания тарафыннан монополияләнгән: Axitron, LPE, TEL һәм Nuflare.
Кремний карбиды эпитаксиальПластинаны кремний карбидлы пластина дип атыйлар, анда билгеле бер таләпләргә ия һәм субстрат кристаллы белән бер үк монокристалл пленка (эпитаксиаль катлам) оригиналь кремний карбидлы субстратта үстерелә. Эпитаксиаль үстерү, нигездә, CVD (Химик пар утырту) җиһазларын яки MBE (Молекуляр нур эпитакси) җиһазларын кулланалар. Кремний карбид җайланмалары турыдан-туры эпитаксиаль катламда җитештерелгәнлектән, эпитаксиаль катламның сыйфаты җайланманың эшчәнлегенә һәм җитештерүчәнлегенә турыдан-туры тәэсир итә. Җайланманың көчәнешкә чыдамлыгы арткан саен, тиешле эпитаксиаль катламның калынлыгы калыная һәм контроль катлаулана. Гадәттә, көчәнеш 600 В тирәсе булганда, кирәкле эпитаксиаль катлам калынлыгы якынча 6 микрон тәшкил итә; көчәнеш 1200-1700 В арасында булганда, кирәкле эпитаксиаль катлам калынлыгы 10-15 микронга җитә. Әгәр көчәнеш 10 000 вольттан артык булса, 100 микроннан артык эпитаксиаль катлам калынлыгы кирәк булырга мөмкин. Эпитаксиаль катламның калынлыгы арта барган саен, калынлык һәм каршылык тигезлеген, шулай ук кимчелек тыгызлыгын контрольдә тоту авырая бара.
SiC җайланмалары: Халыкара дәрәҗәдә 600~1700V SiC SBD һәм MOSFET сәнәгатьләштерелгән. Төп продуктлар 1200V тан түбән көчәнеш дәрәҗәсендә эшли һәм, нигездә, TO төргәген куллана. Бәяләргә килгәндә, халыкара базардагы SiC продуктлары Si аналогларына караганда якынча 5-6 тапкыр югарырак бәядә. Ләкин, бәяләр ел саен 10% ка кими. Киләсе 2-3 елда өстәмә материаллар һәм җайланмалар җитештерү киңәю белән, базар тәкъдиме артачак, бу исә бәяләрнең тагын да төшүенә китерәчәк. Бәя Si продуктларына караганда 2-3 тапкырга җиткәч, система чыгымнары кимү һәм эшчәнлекнең яхшыруы китергән өстенлекләр SiCны Si җайланмалары базарында акрынлап басып алырга этәрәчәк дип көтелә.
Традицион төргәкләү кремний нигезендәге субстратларга нигезләнгән, ә өченче буын ярымүткәргеч материаллар бөтенләй яңа дизайн таләп итә. Киң полосалы көч җайланмалары өчен традицион кремний нигезендәге төргәкләү структураларын куллану ешлык, җылылык белән идарә итү һәм ышанычлылык белән бәйле яңа проблемалар һәм кыенлыклар тудырырга мөмкин. SiC көч җайланмалары паразит сыйдырышлыкка һәм индуктивлыкка сизгеррәк. Si җайланмалары белән чагыштырганда, SiC көч чипларының тизрәк күчү тизлеге бар, бу артык көчәнешкә, тирбәнешкә, күчү югалтуларының артуына һәм хәтта җайланмаларның эшләмәвенә китерергә мөмкин. Моннан тыш, SiC көч җайланмалары югарырак температураларда эшли, бу җылылык белән идарә итүнең алдынгы ысулларын таләп итә.
Киң полосалы ярымүткәргеч көч төрү өлкәсендә төрле структуралар эшләнгән. Традицион Si нигезендәге көч модуле төрүе инде яраклы түгел. Традицион Si нигезендәге көч модуле төрүенең югары паразит параметрлары һәм начар җылылык тарату нәтиҗәлелеге проблемаларын хәл итү өчен, SiC көч модуле төрүе үз структурасында сымсыз тоташу һәм ике яклы суыту технологиясен куллана, шулай ук яхшырак җылылык үткәрүчәнлеге булган субстрат материалларын куллана, аеру конденсаторларын, температура/ток сенсорларын һәм йөртү схемаларын модуль структурасына интеграцияләргә тырышты һәм төрле модуль төрү технологияләрен эшләде. Моннан тыш, SiC җайланмаларын җитештерүдә югары техник киртәләр бар һәм җитештерү чыгымнары югары.
Кремний карбиды җайланмалары CVD аша кремний карбиды субстратына эпитаксиаль катламнар урнаштыру юлы белән җитештерелә. Процесс чистартуны, оксидлаштыруны, фотолитографияне, гравюраны, фоторезистны чистартуны, ион имплантациясен, кремний нитридын химик пар белән урнаштыруны, полировкалауны, сиптерүне һәм SiC монокристалл субстратында җайланма структурасын формалаштыру өчен аннан соңгы эшкәртү адымнарын үз эченә ала. SiC көч җайланмаларының төп төрләре SiC диодлары, SiC транзисторлары һәм SiC көч модульләрен үз эченә ала. Өске агым материалларын җитештерү тизлегенең әкрен булуы һәм түбән уңыш дәрәҗәләре кебек факторлар аркасында, кремний карбиды җайланмаларының җитештерү чыгымнары чагыштырмача югары.
Моннан тыш, кремний карбиды җайланмасын җитештерүдә билгеле бер техник кыенлыклар бар:
1) Кремний карбиды материалларының үзенчәлекләренә туры килә торган махсус процесс эшләү зарур. Мәсәлән: SiC югары эрү температурасына ия, бу традицион термик диффузияне нәтиҗәсез итә. Ион имплантацияләү легирлау ысулын куллану һәм температура, җылыту тизлеге, озынлыгы һәм газ агымы кебек параметрларны төгәл контрольдә тоту зарур; SiC химик эреткечләргә инерт. Коры гравировка кебек ысуллар кулланылырга тиеш, һәм маскировка материаллары, газ катнашмалары, ян стена авышлыгын, гравировка тизлеген, ян стена тупаслыгын контрольдә тоту һ.б. оптимальләштерелергә һәм үстерелергә тиеш;
2) Кремний карбид пластиналарында металл электродлар җитештерү өчен 10-5Ω2 дән түбән контакт каршылыгы кирәк. Ni һәм Al таләпләренә туры килә торган электрод материаллары 100°C тан югары температурада начар термик тотрыклылыкка ия, ләкин Al/Ni термик тотрыклылыгы яхшырак. /W/Au композит электрод материалының контактка карата чагыштырма каршылыгы 10-3Ω2 гә югарырак;
3) SiC югары кисү тузуына ия, һәм SiC катылыгы алмаздан кала икенче урында тора, бу кисү, тарту, ялтырату һәм башка технологияләргә югарырак таләпләр куя.
Моннан тыш, траншея кремний карбиды көч җайланмаларын җитештерү авыррак. Төрле җайланма структураларына карап, кремний карбиды көч җайланмаларын, нигездә, яссы җайланмалар һәм траншея җайланмаларына бүлеп була. Яссы кремний карбиды көч җайланмалары яхшы берәмлек консистенциясенә һәм гади җитештерү процессына ия, ләкин JFET эффектына бирешүчән һәм югары паразит сыйдырышлыкка һәм каршылыкка ия. Яссы җайланмалар белән чагыштырганда, траншея кремний карбиды көч җайланмалары түбәнрәк берәмлек консистенциясенә ия һәм катлаулырак җитештерү процессына ия. Ләкин, траншея структурасы җайланма берәмлек тыгызлыгын арттыруга ярдәм итә һәм JFET эффектын тудыру ихтималы азрак, бу канал хәрәкәтчәнлеге проблемасын хәл итү өчен файдалы. Аның кечкенә каршылык, кечкенә паразит сыйдырышлык һәм түбән коммутация энергиясе куллану кебек бик яхшы үзенчәлекләре бар. Аның бәясе һәм җитештерүчәнлеге зур өстенлекләре бар һәм кремний карбиды көч җайланмаларын үстерүнең төп юнәлешенә әйләнде. Rohm рәсми сайты мәгълүматлары буенча, ROHM Gen3 структурасы (Gen1 Trench структурасы) Gen2 (Plannar2) чип мәйданының нибары 75% ын гына тәшкил итә, һәм шул ук чип зурлыгында ROHM Gen3 структурасының каршылыгы 50% ка кими.
Кремний карбидлы җайланмалар җитештерү бәясенең 47%, 23%, 19%, 6% һәм 5% ын кремний карбиды субстраты, эпитакси, фронт-энергетика, тикшеренүләр һәм тәҗрибә-конструкторлык эшләре чыгымнары һәм башкалар тәшкил итә.
Ниһаять, без кремний карбиды сәнәгате чылбырындагы субстратларның техник киртәләрен җимерүгә игътибар итәчәкбез.
Кремний карбиды субстратларын җитештерү процессы кремний нигезендәге субстратларныкына охшаш, ләкин катлаулырак.
Кремний карбиды субстратын җитештерү процессы, гадәттә, чимал синтезын, кристалл үстерүне, коелма эшкәртүне, коелма кисүне, пластиналарны тартуны, ялтыратуны, чистартуны һәм башка бәйләнешләрне үз эченә ала.
Кристалл үсеш этабы бөтен процессның үзәге булып тора, һәм бу этап кремний карбиды субстратының электр үзлекләрен билгели.
Кремний карбиды материалларын гадәти шартларда сыек фазада үстерү авыр. Бүгенге көндә базарда популяр булган пар фазасы үстерү ысулының үсеш температурасы 2300°C тан югарырак һәм үсеш температурасын төгәл контрольдә тотуны таләп итә. Барлык эш процессын күзәтү авыр диярлек. Кечкенә хата продуктны калдыкларга китерәчәк. Чагыштыру өчен, кремний материаллары нибары 1600℃ таләп итә, бу күпкә түбәнрәк. Кремний карбиды субстратларын әзерләү дә кристалл үсешенең әкрен булуы һәм кристалл формасына югары таләпләр кебек кыенлыклар белән очраша. Кремний карбиды пластинасын үстерү якынча 7-10 көн, ә кремний таякчыгын тарту нибары 2 ярым көн ала. Моннан тыш, кремний карбиды - катылыгы алмаздан кала икенче урында торган материал. Кисү, тарту һәм ялтырату вакытында ул күп нәрсәне югалта, һәм чыгару коэффициенты нибары 60% тәшкил итә.
Без беләбез, кремний карбиды субстратларының зурлыгын арттыру тенденциясе күзәтелә, чөнки зурлык арта барган саен, диаметрны киңәйтү технологиясенә таләпләр арта бара. Кристаллларның кабатланучан үсешен тәэмин итү өчен төрле техник контроль элементларын куллану кирәк.
Бастырылган вакыты: 2024 елның 22 мае