Là một loại vật liệu bán dẫn mới, SiC đã trở thành vật liệu bán dẫn quan trọng nhất cho việc chế tạo các thiết bị quang điện tử bước sóng ngắn, thiết bị chịu nhiệt độ cao, thiết bị chống bức xạ và các thiết bị điện tử công suất cao nhờ các đặc tính vật lý, hóa học và điện tuyệt vời của nó. Đặc biệt khi được ứng dụng trong điều kiện khắc nghiệt, đặc tính của các thiết bị SiC vượt xa các thiết bị Si và GaAs. Do đó, các thiết bị SiC và các loại cảm biến khác nhau đang dần trở thành một trong những thiết bị chủ chốt, đóng vai trò ngày càng quan trọng.
Các thiết bị và mạch SiC đã phát triển nhanh chóng kể từ những năm 1980, đặc biệt là từ năm 1989 khi tấm wafer SiC đầu tiên ra mắt thị trường. Trong một số lĩnh vực, chẳng hạn như điốt phát quang, thiết bị tần số cao, công suất cao và điện áp cao, các thiết bị SiC đã được sử dụng rộng rãi trong thương mại. Sự phát triển diễn ra nhanh chóng. Sau gần 10 năm phát triển, quy trình chế tạo thiết bị SiC đã có thể sản xuất các thiết bị thương mại. Một số công ty, tiêu biểu là Cree, đã bắt đầu cung cấp các sản phẩm thương mại từ thiết bị SiC. Các viện nghiên cứu và trường đại học trong nước cũng đã đạt được những thành tựu đáng kể trong việc phát triển vật liệu SiC và công nghệ sản xuất thiết bị. Mặc dù vật liệu SiC có các đặc tính vật lý và hóa học rất ưu việt, và công nghệ chế tạo thiết bị SiC cũng đã trưởng thành, nhưng hiệu năng của các thiết bị và mạch SiC vẫn chưa thực sự vượt trội. Ngoài việc cần liên tục cải tiến vật liệu SiC và quy trình chế tạo thiết bị, cần nỗ lực hơn nữa trong việc khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu SiC bằng cách tối ưu hóa cấu trúc thiết bị SiC hoặc đề xuất cấu trúc thiết bị mới.
Hiện nay, nghiên cứu về các thiết bị SiC chủ yếu tập trung vào các thiết bị rời rạc. Đối với mỗi loại cấu trúc thiết bị, nghiên cứu ban đầu chỉ đơn giản là chuyển cấu trúc thiết bị Si hoặc GaAs tương ứng sang SiC mà không tối ưu hóa cấu trúc thiết bị. Vì lớp oxit nội tại của SiC giống với Si, tức là SiO2, điều đó có nghĩa là hầu hết các thiết bị Si, đặc biệt là các thiết bị m-pa, có thể được sản xuất trên SiC. Mặc dù chỉ là một sự chuyển đổi đơn giản, nhưng một số thiết bị thu được đã đạt được kết quả khả quan, và một số thiết bị đã được đưa ra thị trường.
Các thiết bị quang điện tử SiC, đặc biệt là điốt phát quang màu xanh lam (LED Blu-ray), đã xuất hiện trên thị trường vào đầu những năm 1990 và là những thiết bị SiC được sản xuất hàng loạt đầu tiên. Điốt Schottky SiC điện áp cao, bóng bán dẫn công suất RF SiC, MOSFET SiC và mesFET cũng đã được bán trên thị trường. Tất nhiên, hiệu năng của tất cả các sản phẩm SiC này còn xa mới phát huy hết đặc tính vượt trội của vật liệu SiC, và chức năng cũng như hiệu năng mạnh mẽ hơn của các thiết bị SiC vẫn cần được nghiên cứu và phát triển. Việc chuyển đổi đơn giản như vậy thường không thể khai thác hết ưu điểm của vật liệu SiC. Ngay cả trong một số lĩnh vực mà các thiết bị SiC có ưu điểm, một số thiết bị SiC được sản xuất ban đầu vẫn không thể sánh được với hiệu năng của các thiết bị Si hoặc CaAs tương ứng.
Để tận dụng tốt hơn những ưu điểm của đặc tính vật liệu SiC thành ưu điểm của các thiết bị SiC, hiện tại chúng tôi đang nghiên cứu cách tối ưu hóa quy trình sản xuất và cấu trúc thiết bị, hoặc phát triển các cấu trúc và quy trình mới nhằm cải thiện chức năng và hiệu suất của các thiết bị SiC.
Thời gian đăng bài: 23/08/2022