แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ 4H-N ขนาด 6 นิ้ว เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างพลังงานกว้าง ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังรุ่นถัดไป เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุซิลิคอนแบบดั้งเดิม SiC มีความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ทนทานต่อการแตกตัวสูงกว่ามาก มีค่าการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม และให้ประสิทธิภาพที่เสถียรภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและแรงดันไฟฟ้าสูง.
ช่องว่างพลังงานกว้างประมาณ 3.26 eV ช่วยให้อุปกรณ์ที่ใช้ SiC สามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าและความถี่ในการสวิตช์ที่สูงขึ้นในขณะที่ยังคงสูญเสียพลังงานต่ำ ผลลัพธ์คือ SiC ได้กลายเป็นวัสดุสำคัญสำหรับระบบแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง รวมถึงยานพาหนะไฟฟ้า ระบบพลังงานหมุนเวียน และแหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม.
รูปแบบเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้ว (150 มม.) เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมหลักในปัจจุบันสำหรับการผลิตอุปกรณ์ SiC โดยให้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างผลผลิต การพัฒนาของกระบวนการ และประสิทธิภาพด้านต้นทุน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากและการวิจัยขั้นสูง.
คุณสมบัติของวัสดุ
4H-SiC เป็นโพลีไทป์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอิเล็กทรอนิกส์กำลังเนื่องจากความสมมาตรของผลึกและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดี.
คุณสมบัติภายในที่สำคัญ ได้แก่:
- ช่องว่างพลังงานกว้าง (~3.26 eV) ช่วยให้สามารถทำงานที่แรงดันสูงได้
- การนำความร้อนสูง (~4.9 W/cm·K) สำหรับการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ
- สนามไฟฟ้าสูงที่เกิดการแตกตัวสูง (~3 MV/cm) ช่วยให้สามารถออกแบบอุปกรณ์ให้กะทัดรัดได้
- ความเร็วในการอิ่มตัวของอิเล็กตรอนสูงที่รองรับการสลับสัญญาณอย่างรวดเร็ว
- ทนต่อสารเคมีและรังสีได้อย่างยอดเยี่ยมสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ SiC เป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีกำลังสูงและมีประสิทธิภาพสูง.
การเติบโตของคริสตัลและกระบวนการผลิต
แผ่นเวเฟอร์ SiC มักผลิตโดยใช้วิธีการ Physical Vapor Transport (PVT) ซึ่งเป็นกระบวนการอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้วสำหรับการเติบโตของผลึก SiC ในปริมาณมาก.
ในกระบวนการนี้ ผง SiC ความบริสุทธิ์สูงจะถูกทำให้ระเหิดที่อุณหภูมิสูงกว่า 2000°C สารในสถานะไอจะถูกขนส่งภายใต้ความชันของอุณหภูมิที่ควบคุมอย่างระมัดระวัง และตกผลึกใหม่บนผลึกเมล็ด ก่อให้เกิดก้อนผลึกเดี่ยว.
หลังจากการเติบโตของผลึก วัสดุจะผ่านกระบวนการ:
- การตัดแผ่นเวเฟอร์อย่างแม่นยำ
- การขึ้นรูปขอบและการขัดเรียบ
- การขัดด้วยเคมีเชิงกล (CMP)
- การทำความสะอาดและการตรวจสอบข้อบกพร่อง
สำหรับการผลิตอุปกรณ์ สามารถใช้กระบวนการเคมีดูดกลืนไอ (CVD) แบบเอพิแทกเซียลเพิ่มเติมเพื่อสร้างชั้นเอพิแทกเซียลคุณภาพสูงที่มีความเข้มข้นของสารเจือและหนาแน่นที่ควบคุมได้.
การประยุกต์ใช้
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
- SiC MOSFETs สำหรับระบบสวิตชิ่งประสิทธิภาพสูง
- ไดโอดแบบ Schottky Barrier สำหรับซิลิคอนคาร์ไบด์ (SBDs) สำหรับการเรียงกระแสที่มีการสูญเสียต่ำ
- ตัวแปลงไฟฟ้ากระแสตรงต่อตรง (DC-DC) และตัวแปลงไฟฟ้ากระแสสลับต่อตรง (AC-
- ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์อุตสาหกรรมและอินเวอร์เตอร์
ยานยนต์ไฟฟ้าและระบบพลังงาน
- เครื่องชาร์จในตัว (OBC)
- อินเวอร์เตอร์แรงดึง
- ระบบชาร์จเร็ว
- อินเวอร์เตอร์พลังงานหมุนเวียน (พลังงานแสงอาทิตย์ / พลังงานลม)
การใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
- อิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศ
- ระบบอุตสาหกรรมอุณหภูมิสูง
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการสำรวจน้ำมันและก๊าซ
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนต่อรังสี
แอปพลิเคชันระดับระบบที่กำลังเกิดขึ้นใหม่
- โมดูลพลังงานขนาดกะทัดรัดสำหรับระบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์
- วงจรขับเคลื่อนไมโครดิสเพลย์ (การออกแบบการรวมระบบพลังงานต่ำ)
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค
ตารางข้อมูลจำเพาะของเวเฟอร์ 4H-SiC ขนาด 6 นิ้ว
| ทรัพย์สิน | เกรด Z (เกรดการผลิต) | เกรด D (เกรดวิศวกรรม) |
|---|---|---|
| เส้นผ่านศูนย์กลาง | 149.5 – 150.0 มม. | 149.5 – 150.0 มม. |
| โพลีไทป์ | 4H-ซิลิคอนคาร์ไบด์ | 4H-ซิลิคอนคาร์ไบด์ |
| ความหนา | 350 ± 15 ไมโครเมตร | 350 ± 25 ไมโครเมตร |
| ชนิดการนำไฟฟ้า | ชนิด-เอ็น | ชนิด-เอ็น |
| มุมนอกแกน | 4.0° ไปทาง ± 0.5° | 4.0° ไปทาง ± 0.5° |
| ค่าความต้านทานไฟฟ้า | 0.015 – 0.024 โอห์ม·เซนติเมตร | 0.015 – 0.028 โอห์ม·เซนติเมตร |
| ความหนาแน่นของไมโครไพพ์ | ≤ 0.2 ซม.⁻² | ≤ 15 ซม.⁻² |
| ความหยาบผิว (Ra) | ≤ 1 นาโนเมตร | ≤ 1 นาโนเมตร |
| ความขรุขระ CMP | ≤ 0.2 นาโนเมตร | ≤ 0.5 นาโนเมตร |
| LTV | ≤ 2.5 ไมโครเมตร | ≤ 5 ไมโครเมตร |
| ทีวี | ≤ 6 ไมโครเมตร | ≤ 15 ไมโครเมตร |
| โบว์ | ≤ 25 ไมโครเมตร | ≤ 40 ไมโครเมตร |
| วาร์ป | ≤ 35 ไมโครเมตร | ≤ 60 ไมโครเมตร |
| การยกเว้นขอบ | 3 มิลลิเมตร | 3 มิลลิเมตร |
| บรรจุภัณฑ์ | คาสเซ็ต / วาเฟอร์เดี่ยว | คาสเซ็ต / วาเฟอร์เดี่ยว |
การควบคุมคุณภาพและการตรวจสอบ
เพื่อให้เกิดความสม่ำเสมอและความเข้ากันได้กับอุปกรณ์แต่ละชนิด แผ่นเวเฟอร์แต่ละชิ้นจะต้องผ่านกระบวนการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด ซึ่งรวมถึง:
- การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) สำหรับการประเมินโครงสร้างผลึก
- กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) สำหรับการวัดความหยาบของพื้นผิว
- การทำแผนที่การเรืองแสงด้วยแสง (PL) สำหรับการวิเคราะห์การกระจายตัวของข้อบกพร่อง
- การตรวจสอบด้วยสายตาภายใต้แสงสว่างเข้มสูง
- การตรวจสอบทางเรขาคณิต (ความโค้ง, ความบิด, ความแปรผันของความหนา)
การตรวจสอบเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าความเสถียรของเวเฟอร์สำหรับการเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียลและการผลิตอุปกรณ์ในขั้นตอนต่อไป.
ข้อดี
แพลตฟอร์มเวเฟอร์ SiC ขนาด 6 นิ้ว มีข้อได้เปรียบหลักหลายประการ:
- ขนาดเวเฟอร์มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตจำนวนมาก
- ต้นทุนต่ออุปกรณ์ที่ลดลงเนื่องจากการใช้เวเฟอร์ที่สูงขึ้น
- ความเข้ากันได้สูงกับกระบวนการเอพิแทกเซียลและกระบวนการผลิตอุปกรณ์
- ความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำ (ปรับให้เหมาะสมสำหรับผลผลิตของอุปกรณ์ไฟฟ้า)
- ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความร้อนที่เสถียร
- เหมาะสำหรับทั้งการวิจัยและพัฒนา และการผลิตขนาดใหญ่
ตัวเลือกการปรับแต่ง
เราสนับสนุนการปรับแต่งที่ยืดหยุ่นตามความต้องการของการใช้งาน:
- วัสดุรองรับชนิด N-type / ชนิดกึ่งฉนวน
- ความเข้มข้นของสารเจือปนที่ปรับได้
- มุมเอียงนอกแกนที่กำหนดเอง
- การเตรียมพื้นผิวพร้อมสำหรับการเคลือบ
- การประเมินความหนาแน่นของข้อบกพร่อง (ระดับการวิจัยเทียบกับระดับการผลิต)
- การปรับแต่งความหนาและความต้านทาน
คำถามที่พบบ่อย
Q1: ทำไม 4H-SiC จึงเป็นที่ต้องการมากกว่า SiC โพลีไทป์อื่น ๆ เช่น 6H-SiC?
4H-SiC มีความสามารถในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูงกว่าและค่าความต้านทานขณะนำไฟฟ้าน้อยกว่าเมื่อเทียบกับ 6H-SiC ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการความถี่สูงและกำลังไฟฟ้าสูง นอกจากนี้ยังให้ความเสถียรภาพโดยรวมที่ดีกว่าในอุปกรณ์ MOSFET และไดโอดกำลัง ซึ่งเป็นเหตุผลที่ทำให้กลายเป็นโพลีไทป์หลักในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเชิงพาณิชย์.
คำถามที่ 2: วัตถุประสงค์ของมุมนอกแกนในเวเฟอร์ SiC คืออะไร?
มุมนอกแกน (โดยทั่วไปคือ 4° ไปทาง ) ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพชั้นเอพิแทกเซียลในระหว่างการเติบโตแบบ CVD มุมนี้ช่วยลดข้อบกพร่องบนพื้นผิว เช่น การรวมตัวของขั้น และส่งเสริมโหมดการเติบโตแบบไหลตามขั้น ส่งผลให้เกิดความสม่ำเสมอของผลึกที่ดีขึ้นและอัตราผลผลิตของอุปกรณ์ที่สูงขึ้นในโครงสร้างเอพิแทกเซียล.
คำถามที่ 3: ปัจจัยใดที่มีอิทธิพลมากที่สุดต่อคุณภาพของแผ่นเวเฟอร์ SiC สำหรับการผลิตอุปกรณ์?
ปัจจัยสำคัญได้แก่ ความหนาแน่นของไมโครไปป์, ระดับการเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD), ความหยาบของพื้นผิว (Ra และคุณภาพ CMP), และการโค้งงอของเวเฟอร์ ในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ ความหนาแน่นของข้อบกพร่องและคุณภาพพื้นผิวมีผลกระทบโดยตรงมากที่สุดต่อความน่าเชื่อถือของ MOSFET และประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในระยะยาว.
รีวิว
ยังไม่มีบทวิจารณ์