Epitaksiaalinen kerros on spesifinen yksikidekalvo, joka on kasvatettu kiekolle ep·itaksiaalisella prosessilla, ja substraattikiekkoa ja epitaksiaalikalvoa kutsutaan epitaksiaaliseksi kiekoksi. Kasvattamalla piikarbidin epitaksiaalikerrosta johtavalle piikarbidisubstraatille, piikarbidista homogeenista epitaksiaalista kiekkoa voidaan valmistaa edelleen Schottky-diodeiksi, MOSFETeiksi, IGBT:iksi ja muiksi teholaitteiksi, joista 4H-SiC-substraatti on yleisimmin käytetty.
Piikarbiditeholaitteen ja perinteisen piiteholaitteen erilaisen valmistusprosessin vuoksi sitä ei voida valmistaa suoraan piikarbidin yksikidemateriaalille. Johtavalle yksikidealustalle tulee kasvattaa lisää korkealaatuisia epitaksiaalisia materiaaleja ja valmistaa erilaisia laitteita epitaksiaaliselle kerrokselle. Siksi epitaksiaalikerroksen laadulla on suuri vaikutus laitteen suorituskykyyn. Eri teholaitteiden suorituskyvyn parantaminen asettaa myös korkeampia vaatimuksia epitaksiaalikerroksen paksuudelle, dopingpitoisuudelle ja vaurioille.
KUVA. 1. Dopingpitoisuuden ja unipolaarisen laitteen epitaksiaalikerroksen paksuuden ja estojännitteen välinen suhde
SIC-epitaksiaalikerroksen valmistusmenetelmiä ovat pääasiassa haihdutuskasvatusmenetelmä, nestefaasiepitaksiaalinen kasvu (LPE), molekyylisuihkuepitaksiaalinen kasvu (MBE) ja kemiallinen höyrypinnoitus (CVD). Tällä hetkellä kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) on tärkein menetelmä, jota käytetään tehtaiden laajamittaisessa tuotannossa.
| Valmistusmenetelmä | Prosessin edut | Prosessin haitat |
|
Nestefaasin epitaksiaalinen kasvu
(LPE)
|
Yksinkertaiset laitevaatimukset ja edulliset kasvumenetelmät. |
Epitaksiaalikerroksen pinnan morfologiaa on vaikea hallita. Laite ei pysty epitaksoimaan useita kiekkoja samanaikaisesti, mikä rajoittaa massatuotantoa. |
|
Molecular Beam Epitaxial Growth (MBE)
|
Erilaisia piikarbidikideepitaksiaalikerroksia voidaan kasvattaa alhaisissa kasvulämpötiloissa |
Laitteiden tyhjiövaatimukset ovat korkeat ja kalliita. Epitaksiaalikerroksen hidas kasvunopeus |
|
Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) |
Tärkein menetelmä massatuotannossa tehtaissa. Kasvunopeutta voidaan ohjata tarkasti kasvatettaessa paksuja epitaksiaalikerroksia. |
SiC-epitaksiaalisissa kerroksissa on edelleen useita vikoja, jotka vaikuttavat laitteen ominaisuuksiin, joten piikarbidin epitaksiaalista kasvuprosessia on jatkuvasti optimoitava.（TaCtarvitaan, katso SemiceraTaC tuote） |
|
Haihdutuskasvatusmenetelmä
|
Käyttämällä samoja laitteita kuin piikarbidikiteiden vetäminen, prosessi eroaa hieman kiteen vetämisestä. Aikuiset laitteet, alhaiset kustannukset |
SiC:n epätasainen haihtuminen vaikeuttaa sen haihtumisen hyödyntämistä korkealaatuisten epitaksiaalisten kerrosten kasvattamiseen |
KUVA. 2. Epitaksiaalikerroksen tärkeimpien valmistusmenetelmien vertailu
Akselin ulkopuolisella {0001}-substraatilla, jolla on tietty kallistuskulma, kuten kuvassa 2(b) näkyy, porraspinnan tiheys on suurempi ja porraspinnan koko on pienempi, ja kiteen ytimtyminen ei ole helppoa esiintyy porraspinnalla, mutta useammin askeleen sulamispisteessä. Tässä tapauksessa on vain yksi ydinavain. Siksi epitaksiaalinen kerros voi täydellisesti toistaa substraatin pinoamisjärjestyksen, mikä eliminoi monityypin rinnakkaiselon ongelman.
KUVA. 3. Fyysinen prosessikaavio 4H-SiC-askelohjauksen epitaksimenetelmästä
KUVA. 4. Kriittiset olosuhteet CVD:n kasvulle 4H-SiC vaiheohjatulla epitaksimenetelmällä
KUVA. 5. Kasvunopeuksien vertailu eri piilähteiden alla 4H-SiC-epitaksissa
Tällä hetkellä piikarbidin epitaksitekniikka on suhteellisen kypsää matala- ja keskijännitesovelluksissa (kuten 1200 voltin laitteet). Epitaksiaalikerroksen paksuuden tasaisuus, seostuspitoisuuden tasaisuus ja vikojen jakautuminen voivat saavuttaa suhteellisen hyvän tason, joka voi periaatteessa täyttää keski- ja matalajännitteisen SBD:n (Schottky-diodi), MOS:n (metallioksidipuolijohdekenttäefektitransistorin), JBS:n ( liitosdiodi) ja muut laitteet.
Kuitenkin korkean paineen alalla epitaksiaalisten kiekkojen on vielä voitettava monia haasteita. Esimerkiksi laitteissa, joiden on kestettävä 10 000 volttia, epitaksiaalikerroksen paksuuden on oltava noin 100 μm. Pienjännitelaitteisiin verrattuna epitaksiaalikerroksen paksuus ja seostuspitoisuuden tasaisuus ovat paljon erilaisia, erityisesti seostuspitoisuuden tasaisuus. Samanaikaisesti kolmiovika epitaksiaalisessa kerroksessa tuhoaa myös laitteen yleisen suorituskyvyn. Suurjännitesovelluksissa laitetyypit käyttävät yleensä bipolaarisia laitteita, jotka vaativat suuren vähemmistön käyttöiän epitaksiaalisessa kerroksessa, joten prosessi on optimoitava vähemmistön käyttöiän pidentämiseksi.
Tällä hetkellä kotimainen epitaksi on pääasiassa 4 tuumaa ja 6 tuumaa, ja suurikokoisten piikarbidiepitaksien osuus kasvaa vuosi vuodelta. Piikarbidi-epitaksiaalilevyn kokoa rajoittaa pääasiassa piikarbidisubstraatin koko. Tällä hetkellä 6 tuuman piikarbidisubstraatti on kaupallistettu, joten piikarbidiepitaksiaali on vähitellen siirtymässä 4 tuumasta 6 tuumaan. Piikarbidisubstraatin valmistustekniikan jatkuvan parantamisen ja kapasiteetin laajentamisen myötä piikarbidisubstraatin hinta laskee vähitellen. Epitaksiaaltolevyn hinnan koostumuksessa substraatin osuus kustannuksista on yli 50 %, joten substraatin hinnan laskun myötä piikarbidin epitaksilevyn hinnan odotetaan myös laskevan.
Postitusaika: Jun-03-2024