Utangulizi wa Msingi wa Mchakato wa Ukuaji wa SiC Epitaxial

Epitaxial layer ni filamu mahususi ya fuwele iliyokuzwa kwenye kaki kwa mchakato wa ep·itaxial, na kaki ndogo ya kaki na filamu ya epitaxial huitwa epitaxial wafer. Kwa kukuza safu ya epitaxial ya carbide ya silicon kwenye substrate ya silicon ya CARBIDE, kaki ya silicon yenye homogeneous epitaxial inaweza kutayarishwa zaidi katika diodi za Schottky, MOSFETs, IGBTs na vifaa vingine vya nguvu, kati ya ambayo substrate ya 4H-SiC ndiyo inayotumiwa zaidi.

Kwa sababu ya mchakato tofauti wa utengenezaji wa kifaa cha nguvu cha silicon CARBIDE na kifaa cha jadi cha silicon, hakiwezi kutengenezwa moja kwa moja kwenye nyenzo za fuwele za silicon carbudi. Nyenzo za ziada za ubora wa juu za epitaxial lazima zikuzwe kwenye substrate ya kioo moja ya conductive, na vifaa mbalimbali lazima vitengenezwe kwenye safu ya epitaxial. Kwa hiyo, ubora wa safu ya epitaxial ina ushawishi mkubwa juu ya utendaji wa kifaa. Uboreshaji wa utendakazi wa vifaa tofauti vya nguvu pia huweka mbele mahitaji ya juu kwa unene wa safu ya epitaxial, ukolezi wa doping na kasoro.

FIG. 1. Uhusiano kati ya mkusanyiko wa doping na unene wa safu ya epitaxial ya kifaa cha unipolar na kuzuia voltage

Mbinu za utayarishaji wa safu ya SIC epitaxial hasa ni pamoja na njia ya ukuaji wa uvukizi, ukuaji wa awamu ya kioevu epitaxial (LPE), ukuaji wa epitaxial ya molekuli (MBE) na utuaji wa mvuke wa kemikali (CVD). Kwa sasa, uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD) ndiyo njia kuu inayotumika kwa uzalishaji mkubwa katika viwanda.

FIG. 2. Ulinganisho wa mbinu kuu za maandalizi ya safu ya epitaxial

Kwenye sehemu ya chini ya mhimili {0001} yenye Pembe fulani inayoinamisha, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2(b), msongamano wa uso wa hatua ni mkubwa, na ukubwa wa uso wa hatua ni mdogo, na uwekaji wa fuwele si rahisi. kutokea kwenye uso wa hatua, lakini mara nyingi zaidi hutokea kwenye hatua ya kuunganisha ya hatua. Katika kesi hii, kuna ufunguo mmoja tu wa nucleating. Kwa hiyo, safu ya epitaxial inaweza kuiga kikamilifu utaratibu wa stacking ya substrate, na hivyo kuondoa tatizo la kuwepo kwa aina mbalimbali.

FIG. 3. Mchoro wa mchakato wa kimwili wa njia ya udhibiti wa hatua ya 4H-SiC ya epitaxy

FIG. 4. Hali muhimu kwa ukuaji wa CVD kwa njia ya 4H-SiC iliyodhibitiwa kwa hatua

FIG. 5. Ulinganisho wa viwango vya ukuaji chini ya vyanzo tofauti vya silicon katika epitaksi ya 4H-SiC

Kwa sasa, teknolojia ya silicon carbide epitaxy imekomaa kiasi katika matumizi ya voltage ya chini na ya kati (kama vile vifaa 1200 volt). Usawa wa unene, usawa wa mkusanyiko wa doping na usambazaji wa kasoro wa safu ya epitaxial inaweza kufikia kiwango kizuri, ambacho kinaweza kukidhi mahitaji ya SBD ya kati na ya chini ya voltage (Schottky diode), MOS (transistor ya athari ya shamba ya oksidi ya oksidi ya chuma), JBS ( diode ya makutano) na vifaa vingine.

Walakini, katika uwanja wa shinikizo la juu, kaki za epitaxial bado zinahitaji kushinda changamoto nyingi. Kwa mfano, kwa vifaa vinavyohitaji kuhimili volts 10,000, unene wa safu ya epitaxial inahitaji kuwa karibu 100μm. Ikilinganishwa na vifaa vya chini-voltage, unene wa safu ya epitaxial na usawa wa mkusanyiko wa doping ni tofauti sana, hasa usawa wa mkusanyiko wa doping. Wakati huo huo, kasoro ya pembetatu katika safu ya epitaxial pia itaharibu utendaji wa jumla wa kifaa. Katika programu zenye voltage ya juu, aina za kifaa huwa hutumia vifaa vinavyobadilika-badilika, ambavyo vinahitaji maisha ya wachache sana katika safu ya epitaxial, kwa hivyo mchakato unahitaji kuboreshwa ili kuboresha maisha ya wachache.

Kwa sasa, epitaksi ya ndani ni inchi 4 na inchi 6, na idadi ya epitaksi ya carbudi ya silicon ya ukubwa mkubwa inaongezeka mwaka hadi mwaka. Ukubwa wa karatasi ya silicon carbudi epitaxial hupunguzwa hasa na saizi ya substrate ya silicon carbudi. Kwa sasa, sehemu ndogo ya silicon carbudi ya inchi 6 imeuzwa, kwa hivyo epitaxial ya silicon carbide inabadilika polepole kutoka inchi 4 hadi inchi 6. Kwa uboreshaji unaoendelea wa teknolojia ya utayarishaji wa mkatetaka wa silicon na upanuzi wa uwezo, bei ya mkatetaka wa silicon inapungua polepole. Katika muundo wa bei ya karatasi ya epitaxial, substrate inachukua zaidi ya 50% ya gharama, hivyo kwa kupungua kwa bei ya substrate, bei ya karatasi ya silicon carbudi epitaxial pia inatarajiwa kupungua.