المقدمة الأساسية لعملية النمو الفوقي SiC

الطبقة الفوقي عبارة عن فيلم بلوري مفرد محدد يتم نموه على الرقاقة بواسطة عملية الفوقي، وتسمى رقاقة الركيزة والفيلم الفوقي بالرقاقة الفوقي. من خلال تنمية الطبقة الفوقية من كربيد السيليكون على ركيزة كربيد السيليكون الموصلة، يمكن تحضير الرقاقة الفوقية المتجانسة من كربيد السيليكون بشكل أكبر في ثنائيات شوتكي، ووحدات MOSFET، وIGBTs وأجهزة الطاقة الأخرى، من بينها ركيزة 4H-SiC هي الأكثر استخدامًا.

بسبب عملية التصنيع المختلفة لجهاز طاقة كربيد السيليكون وجهاز طاقة السيليكون التقليدي، لا يمكن تصنيعه مباشرة على مادة كربيد السيليكون المفردة. يجب زراعة مواد إضافية عالية الجودة فوق الفوقي على الركيزة البلورية المفردة الموصلة، ويجب تصنيع أجهزة مختلفة على الطبقة الفوقي. ولذلك، فإن جودة الطبقة الفوقية لها تأثير كبير على أداء الجهاز. يؤدي تحسين أداء أجهزة الطاقة المختلفة أيضًا إلى طرح متطلبات أعلى لسمك الطبقة الفوقي وتركيز المنشطات والعيوب.

تين. 1. العلاقة بين تركيز المنشطات وسمك الطبقة الفوقية للجهاز أحادي القطب وعرقلة الجهد

تشتمل طرق تحضير الطبقة الفوقية SIC بشكل أساسي على طريقة النمو التبخري والنمو الفوقي في الطور السائل (LPE) والنمو الفوقي للحزمة الجزيئية (MBE) وترسيب البخار الكيميائي (CVD). في الوقت الحاضر، يعد ترسيب البخار الكيميائي (CVD) الطريقة الرئيسية المستخدمة للإنتاج على نطاق واسع في المصانع.

تين. 2. مقارنة طرق التحضير الرئيسية للطبقة الفوقي

على الركيزة خارج المحور {0001} بزاوية ميل معينة، كما هو موضح في الشكل 2 (ب)، تكون كثافة سطح الخطوة أكبر، وحجم سطح الخطوة أصغر، وليس من السهل تكوين النواة البلورية تحدث على سطح الخطوة، ولكنها تحدث غالبًا عند نقطة دمج الخطوة. في هذه الحالة، هناك مفتاح نووي واحد فقط. ولذلك، يمكن للطبقة الفوقي أن تكرر بشكل مثالي ترتيب التراص للركيزة، وبالتالي القضاء على مشكلة التعايش متعدد الأنواع.

تين. 3. مخطط العملية الفيزيائية لطريقة التحكم في خطوة 4H-SiC

تين. 4. الظروف الحرجة لنمو الأمراض القلبية الوعائية عن طريق طريقة النفوق التي يتم التحكم فيها بخطوة 4H-SiC

تين. 5. مقارنة معدلات النمو تحت مصادر السيليكون المختلفة في النضوج 4H-SiC

في الوقت الحاضر، تعد تقنية تنضيد كربيد السيليكون ناضجة نسبيًا في تطبيقات الجهد المنخفض والمتوسط ​​(مثل أجهزة 1200 فولت). يمكن أن يصل توحيد السُمك وتوحيد تركيز المنشطات وتوزيع العيوب للطبقة الفوقي إلى مستوى جيد نسبيًا، والذي يمكن أن يلبي بشكل أساسي احتياجات SBD ذات الجهد المتوسط ​​والمنخفض (صمام ثنائي شوتكي)، MOS (ترانزستور تأثير مجال أشباه الموصلات بأكسيد المعدن)، JBS ( تقاطع ديود) وغيرها من الأجهزة.

ومع ذلك، في مجال الضغط العالي، لا تزال الرقائق الفوقي بحاجة للتغلب على العديد من التحديات. على سبيل المثال، بالنسبة للأجهزة التي تحتاج إلى تحمل 10000 فولت، يجب أن يكون سمك الطبقة الفوقية حوالي 100 ميكرومتر. بالمقارنة مع الأجهزة ذات الجهد المنخفض، فإن سمك الطبقة الفوقية وتوحيد تركيز المنشطات يختلفان كثيرًا، وخاصة توحيد تركيز المنشطات. وفي الوقت نفسه، فإن عيب المثلث الموجود في الطبقة الفوقية سيؤدي أيضًا إلى تدمير الأداء العام للجهاز. في التطبيقات ذات الجهد العالي، تميل أنواع الأجهزة إلى استخدام الأجهزة ثنائية القطب، والتي تتطلب عمرًا أقليًا عاليًا في الطبقة الفوقي، لذلك تحتاج العملية إلى تحسينها لتحسين عمر الأقلية.

في الوقت الحاضر، يبلغ حجم النضوج المحلي بشكل أساسي 4 بوصات و6 بوصات، وتتزايد نسبة نضوج كربيد السيليكون كبيرة الحجم عامًا بعد عام. يقتصر حجم الورقة الفوقي من كربيد السيليكون بشكل أساسي على حجم ركيزة كربيد السيليكون. في الوقت الحاضر، تم تسويق ركيزة كربيد السيليكون مقاس 6 بوصات تجاريًا، وبالتالي فإن الفوقي كربيد السيليكون ينتقل تدريجيًا من 4 بوصات إلى 6 بوصات. مع التحسين المستمر لتكنولوجيا إعداد الركيزة من كربيد السيليكون وتوسيع السعة، يتناقص سعر الركيزة من كربيد السيليكون تدريجياً. في تكوين سعر الصفائح الفوقي، تمثل الركيزة أكثر من 50٪ من التكلفة، لذلك مع انخفاض سعر الركيزة، من المتوقع أيضًا أن ينخفض ​​سعر الصفائح الفوقية من كربيد السيليكون.