Пластинки из карбида кремния (SiC)стали краеугольным камнем в современных полупроводниковых исследованиях и производстве, особенно для силовой электроники, высокочастотных устройств и применения в суровой среде.По сравнению с обычным кремниевым, SiC предлагает более широкий диапазон пропускания, более высокое расщепление электрического поля, превосходную теплопроводность и отличную химическую стабильность.Эти внутренние преимущества делают SiC незаменимым в применении от электромобилей и систем возобновляемой энергии до аэрокосмической и передовой промышленной электроники.

В лабораторных условиях, где цели исследований, процессы изготовления и бюджетные ограничения сильно различаются, выбор подходящего Уровень вафли SiC является критическим решением. Неподходящий уровень может привести к ненадежным экспериментальным результатам, низкой производительности устройства или ненужным затратам.приложение-ориентированное руководство по пониманию классов пластин SiC и выбору правильного для вашей полупроводниковой лаборатории.

1. Понимание политипов SiC и их важность

Первый шаг в выборе SiC вафель пониманияполитипыВ то время как существует более 200 политипов SiC, только некоторые из них имеют отношение к применению в полупроводниках.

1.1 4H-SiC

4H-SiC является наиболее широко используемым политипом в исследованиях и производстве полупроводников.

• Высокая мобильность электронов

• Широкий диапазон (~ 3,26 eV)

• Сильная толерантность электрического поля

Эти свойства делают 4H-SiC идеальным длямощные MOSFET, диоды Шоттки и высоковольтные устройстваБольшинство академических и промышленных лабораторий фокусируются на этом политипе из-за его зрелой экосистемы.

1.2 6H-SiC

6H-SiC исторически использовался в ранних исследованиях, но в значительной степени был заменен 4H-SiC.

• Нижняя мобильность электронов

• Более высокая анизотропия электрических свойств

Сегодня 6H-SiC в основном используется дляИсследования, связанные с наследием, исследования материаловедения или сравнительные эксперименты.

1.3 полуизоляционный Си-Си

Полуизоляционные пластинки SiC (часто допированные ванадием) используются в основном вРЧ и микроволновые устройстваЭти пластинки распространены в лабораториях полупроводников, ориентированных на высокочастотную производительность.

2Тип проводимости и уровень допинга

Си-Си пластинки обычно классифицируются кактип проводимостииконцентрация допанта, оба из которых напрямую влияют на поведение устройства.

2.1 Си-Си пластинки типа N

Пластинки N-типа обычно допируются азотом и являются наиболее распространенным выбором для:

• Исследования в области электротехники

• Структуры вертикальных устройств

• Исследования эпитаксиального роста

Для лабораторий, работающих над изготовлением устройств, предпочтительнее использовать легко допированные субстраты n-типа, поскольку они поддерживают контролируемый рост эпитаксиального слоя.

2.2 Си Си пластинки типа P

Пластинки типа P, обычно допированные алюминиевым или борным, менее распространены и дороже.

• Исследования образования стыков

• Специализированные исследования устройств

Поскольку допинг p-типа в SiC является более сложным, эти пластины обычно предназначены для целевых экспериментов, а не для обычного лабораторного использования.

2.3 Условия сопротивления

Диапазоны сопротивляемости могут варьироваться от< 0,02 Ω·cm до > 105 Ω·cmДля большинства полупроводниковых лабораторий:

• Пластинки с низкой до средней сопротивляемостью подходят для разработки силовых устройств

• Высокая сопротивляемость или полуизоляционные пластины имеют решающее значение для RF и чувствительных к изоляции экспериментов

Выбор неправильного сопротивления может поставить под угрозу точность измерения или изоляцию устройства.

3Классификация класса вафеля: исследования против класса устройства

Сиркокарбонатные пластинки часто классифицируются какуровень, который отражает качество кристаллов, плотность дефектов и состояние поверхности.

3.1 Исследовательский класс

В исследовательских пластинах обычно имеются:

• Более высокая плотность микротруб и вывих

• Более свободные спецификации по шероховатости поверхности и дугу

Они хорошо подходят для:

• Развитие процессов

• Характеристика материала

• Исследования осуществимости на ранней стадии

Для университетских лабораторий или исследовательских исследований пластины исследовательского класса предлагают экономически эффективное решение без ущерба для фундаментальных знаний.

3.2 Уровень устройства

Пластинки для устройств изготавливаются под более строгим контролем, предлагая:

• Низкая плотность дефектов

• Ограничения на толщину и плоскость

• Высокое качество поверхностной полировки

Эти пластинки необходимы для:

• Прототипирование устройств

• Эксперименты с чувствительными к производительности

• Испытания надежности и срока службы

Лаборатории, направленные на публикацию данных о производительности на уровне устройств или передачу технологий промышленным партнерам, обычно требуют подложки для устройств.

4Дефекты и качество кристаллов: что действительно важно в лаборатории

В отличие от кремния, рост SiC по своей сути сложен, что приводит к различным кристаллическим дефектам, которые могут повлиять на производительность устройства.

4.1 Микротрубы

Микротрубы - это дефекты пустого ядра, которые могут привести к катастрофическому отказу устройства, особенно в высоковольтных приложениях.лаборатории, разрабатывающие энергетические устройства, всегда должны указыватьпластинки микротруб с нулевым или почти нулевым содержанием.

4.2 Вывих (ТСР, BPD)

Извержения винтовых нитей и извержения базальной плоскости могут ухудшить:

• Время службы носителя

• Напряжение отключения

• Долгосрочная надежность

Для исследования материалов более высокая плотность дислокации может быть приемлема.

5Диаметр и толщина пластины: возможности соответствующего оборудования

SiC-облачки доступны в нескольких диаметрах, обычно100 мм, 150 мм и 200 мм (8 дюймов), причем 300 мм по-прежнему в значительной степени экспериментальные.

• Малые диаметрыподходят для лабораторий с устаревшим оборудованием или с ограниченным бюджетом.

• Большие диаметрылучше отражают промышленные условия, но требуют передовых инструментов обработки, литографии и метрологии.

Выбор толщины также имеет значение:

• Более толстые пластинки улучшают механическую устойчивость

• Более тонкие пластинки уменьшают тепловое сопротивление, но увеличивают риск разрыва

Лаборатории всегда должны согласовывать спецификации пластинки с существующими технологическими инструментами и опытом обработки.

6Окончание поверхности и ориентация

6.1 Поверхностная полировка

Опции обычно включают:

• Одностороннее полирование (SSP)

• Полированные с двух сторон (DSP)

Плитки DSP предпочтительнее для:

• Оптический осмотр

• Литография высокой точности

• Исследования по привязке или передовой упаковке

6.2 Ориентация вне оси

Большинство эпитаксиальных процессов роста требуютпластинки вне осиЛаборатории, ориентированные на эпитаксию, должны тщательно определить ориентацию для обеспечения воспроизводимости.

7Стоимость и цели исследований: практическая рамка

Выбор правильного класса пластин SiC в конечном счете является балансом междунаучные цели и бюджетные ограничения:

• Фундаментальные исследования→ Исследовательский уровень, меньший диаметр, умеренная плотность дефектов

• Развитие процессов→ Средиземноморские пластины с контролируемой ориентацией и сопротивлением

• Исследования производительности устройства→ Устройство класса, низкая плотность дефектов, диаметры отраслевых стандартов

Ясное определение целей эксперимента до закупки может значительно сократить потерю ресурсов.

Заключение

Выбор правильного класса SiC для полупроводниковой лаборатории - это не однообразное решение, оно требует четкого понимания свойств материала, допустимости дефектов, совместимости оборудованияи исследовательские целиТщательно оценивая политип, допинг, класс, плотность дефектов и геометрию пластинки, лаборатории могут оптимизировать как результаты эксперимента, так и эффективность затрат.

Поскольку технология SiC продолжает развиваться и расширяться в более крупные форматы пластин и новые приложения, подбор материалов будет оставаться фундаментальным навыком как для исследователей, так и для инженеров.