SiCOI пластина 4-инчова 6-инчова HPSI SiC SiO2 Si субатратна структура

Кратко описание:

Тази статия представя подробен преглед на пластините силициев карбид върху изолатор (SiCOI), като се фокусира по-специално върху 4-инчови и 6-инчови подложки, включващи високочисти полуизолационни (HPSI) слоеве от силициев карбид (SiC), свързани върху изолационни слоеве от силициев диоксид (SiO₂) върху силициеви (Si) подложки. Структурата SiCOI съчетава изключителните електрически, термични и механични свойства на SiC с предимствата на електрическата изолация на оксидния слой и механичната опора на силициевия субстрат. Използването на HPSI SiC подобрява производителността на устройството, като минимизира проводимостта на субстрата и намалява паразитните загуби, което прави тези пластини идеални за приложения с висока мощност, висока честота и висока температура в полупроводниците. Обсъждат се процесът на производство, характеристиките на материалите и структурните предимства на тази многослойна конфигурация, като се подчертава нейното значение за силовата електроника и микроелектромеханичните системи (MEMS) от следващо поколение. Изследването също така сравнява свойствата и потенциалните приложения на 4-инчовите и 6-инчовите SiCOI пластини, като подчертава перспективите за мащабируемост и интеграция на усъвършенствани полупроводникови устройства.

Изпратете ни имейл

Характеристики

Структурата на SiCOI пластината

HPB (високопроизводително свързване), BIC (свързана интегрална схема) и SOD (технология, подобна на силиций върху диамант или силиций върху изолатор). Тя включва:

Показатели за ефективност:

Изброява параметри като точност, видове грешки (напр. „Без грешка“, „Разстояние на стойността“) и измервания на дебелината (напр. „Дебелина на директен слой/кг“).

Таблица с числови стойности (евентуално експериментални или технологични параметри) под заглавия като „ADDR/SYGBDT“, „10/0“ и др.

Данни за дебелината на слоя:

Обширни повтарящи се записи, обозначени с „L1 Дебелина (A)“ до „L270 Дебелина (A)“ (вероятно в Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

Предлага многослойна структура с прецизен контрол на дебелината на всеки слой, типично за съвременните полупроводникови пластини.

Структура на SiCOI пластината

SiCOI (Силиконов карбид върху изолатор) е специализирана структура на пластина, комбинираща силициев карбид (SiC) с изолационен слой, подобна на SOI (Силикон върху изолатор), но оптимизирана за приложения с висока мощност/висока температура. Основни характеристики:

Състав на слоя:

Горен слой: Монокристален силициев карбид (SiC) за висока мобилност на електрони и термична стабилност.

Заровен изолатор: Обикновено SiO₂ (оксид) или диамант (в SOD) за намаляване на паразитния капацитет и подобряване на изолацията.

Основен субстрат: Силиций или поликристален SiC за механична опора

Свойства на SiCOI пластините

Електрически свойства Широка забранена зона (3.2 eV за 4H-SiC): Позволява високо пробивно напрежение (>10× по-високо от силиция). Намалява токовете на утечка, подобрявайки ефективността на захранващите устройства.

Висока мобилност на електрони:~900 cm²/V·s (4H-SiC) спрямо ~1400 cm²/V·s (Si), но по-добри характеристики във високо поле.

Ниско съпротивление при включване:Транзисторите на базата на SiCOI (напр. MOSFET) показват по-ниски загуби от проводимост.

Отлична изолация:Скритият оксиден (SiO₂) или диамантен слой минимизира паразитния капацитет и кръстосаните смущения.

Термични свойстваВисока топлопроводимост: SiC (~490 W/m·K за 4H-SiC) спрямо Si (~150 W/m·K). Диамантът (ако се използва като изолатор) може да надвиши 2000 W/m·K, което подобрява разсейването на топлината.

Термична стабилност:Работи надеждно при >300°C (спрямо ~150°C за силиций). Намалява изискванията за охлаждане в силовата електроника.

3. Механични и химични свойстваИзключителна твърдост (~9,5 Mohs): Устойчив на износване, което прави SiCOI издръжлив за тежки условия.

Химична инертност:Устойчив на окисляване и корозия, дори в киселинни/алкални условия.

Ниско термично разширение:Съчетава се добре с други високотемпературни материали (напр. GaN).

4. Структурни предимства (в сравнение с насипен SiC или SOI)

Намалени загуби на субстрат:Изолационният слой предотвратява изтичането на ток в основата.

Подобрена радиочестотна производителност:По-ниският паразитен капацитет позволява по-бързо превключване (полезно за 5G/mmWave устройства).

Гъвкав дизайн:Тънкият горен слой SiC позволява оптимизирано мащабиране на устройства (напр. ултратънки канали в транзистори).

Сравнение със SOI и насипен SiC

Имот	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	Насипен SiC
Забранена зона	3,2 еВ (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 еВ (SiC)
Топлопроводимост	Високо (SiC + диамант)	Ниско (SiO₂ ограничава топлинния поток)	Високо (само за SiC)
Пробивно напрежение	Много високо	Умерено	Много високо
Цена	По-високо	Долна	Най-висок (чист SiC)

Приложения на SiCOI пластини

Силова електроника
SiCOI пластините се използват широко във високоволтови и мощни полупроводникови устройства, като MOSFET, Шотки диоди и силови ключове. Широката забранена зона и високото пробивно напрежение на SiC позволяват ефективно преобразуване на мощността с намалени загуби и подобрени топлинни характеристики.

Радиочестотни (RF) устройства
Изолационният слой в SiCOI пластините намалява паразитния капацитет, което ги прави подходящи за високочестотни транзистори и усилватели, използвани в телекомуникациите, радарите и 5G технологиите.

Микроелектромеханични системи (MEMS)
SiCOI пластините осигуряват стабилна платформа за създаване на MEMS сензори и задвижващи механизми, които работят надеждно в тежки условия, благодарение на химическата инертност и механичната якост на SiC.

Високотемпературна електроника
SiCOI позволява електрониката да поддържа производителност и надеждност при повишени температури, което е от полза за автомобилната, аерокосмическата и индустриалната индустрия, където конвенционалните силициеви устройства се провалят.

Фотонни и оптоелектронни устройства
Комбинацията от оптичните свойства на SiC и изолационния слой улеснява интеграцията на фотонни схеми с подобрено управление на температурата.

Радиационно-устойчива електроника
Поради присъщата радиационна толерантност на SiC, SiCOI пластините са идеални за космически и ядрени приложения, изискващи устройства, издържащи на среда с висока радиация.

Въпроси и отговори за SiCOI пластините

В1: Какво е SiCOI пластина?

A: SiCOI е съкращение от „Силиконов карбид върху изолатор“. Това е полупроводникова пластинкова структура, при която тънък слой силициев карбид (SiC) е свързан върху изолационен слой (обикновено силициев диоксид, SiO₂), който е поддържан от силициева подложка. Тази структура съчетава отличните свойства на SiC с електрическа изолация от изолатора.

В2: Какви са основните предимства на SiCOI пластините?

A: Основните предимства включват високо пробивно напрежение, широка забранена зона, отлична топлопроводимост, превъзходна механична твърдост и намален паразитен капацитет благодарение на изолационния слой. Това води до подобрена производителност, ефективност и надеждност на устройството.

В3: Какви са типичните приложения на SiCOI пластините?

A: Те се използват в силова електроника, високочестотни RF устройства, MEMS сензори, високотемпературна електроника, фотонни устройства и радиационно-устойчива електроника.