The Basic Introduction of SiC Epitaxial Growth Process

Το επιταξιακό στρώμα είναι ένα συγκεκριμένο μονοκρυσταλλικό φιλμ που αναπτύσσεται στη γκοφρέτα με επιταξιακή διαδικασία και η γκοφρέτα υποστρώματος και η επιταξιακή μεμβράνη ονομάζονται επιταξιακή γκοφρέτα. Με την ανάπτυξη της επιταξιακής στρώσης καρβιδίου του πυριτίου στο αγώγιμο υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίου, η ομοιογενής επιταξιακή γκοφρέτα καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να παρασκευαστεί περαιτέρω σε διόδους Schottky, MOSFET, IGBT και άλλες συσκευές ισχύος, μεταξύ των οποίων το υπόστρωμα 4H-SiC είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο.

Λόγω της διαφορετικής διαδικασίας κατασκευής της συσκευής ισχύος καρβιδίου του πυριτίου και της παραδοσιακής συσκευής ισχύος πυριτίου, δεν μπορεί να κατασκευαστεί απευθείας σε μονοκρυσταλλικό υλικό καρβιδίου του πυριτίου. Επιπρόσθετα επιταξιακά υλικά υψηλής ποιότητας πρέπει να αναπτυχθούν στο αγώγιμο μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα και διάφορες συσκευές πρέπει να κατασκευαστούν στο επιταξιακό στρώμα. Επομένως, η ποιότητα του επιταξιακού στρώματος έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση της συσκευής. Η βελτίωση της απόδοσης διαφορετικών συσκευών ισχύος θέτει επίσης υψηλότερες απαιτήσεις για το πάχος της επιταξιακής στρώσης, τη συγκέντρωση ντόπινγκ και τα ελαττώματα.

ΣΥΚΟ. 1. Σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης ντόπινγκ και του πάχους της επιταξιακής στρώσης της μονοπολικής συσκευής και της τάσης αποκλεισμού

Οι μέθοδοι παρασκευής του επιταξιακού στρώματος SIC περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο ανάπτυξης εξάτμισης, επιταξιακή ανάπτυξη υγρής φάσης (LPE), επιταξιακή ανάπτυξη μοριακής δέσμης (MBE) και χημική εναπόθεση ατμού (CVD). Επί του παρόντος, η χημική εναπόθεση ατμών (CVD) είναι η κύρια μέθοδος που χρησιμοποιείται για παραγωγή μεγάλης κλίμακας στα εργοστάσια.

ΣΥΚΟ. 2. Σύγκριση βασικών μεθόδων παρασκευής επιταξιακής στρώσης

Στο υπόστρωμα εκτός άξονα {0001} με μια συγκεκριμένη γωνία κλίσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2(β), η πυκνότητα της επιφάνειας του βήματος είναι μεγαλύτερη και το μέγεθος της επιφάνειας του βήματος είναι μικρότερο και η δημιουργία πυρήνων κρυστάλλων δεν είναι εύκολη εμφανίζονται στην επιφάνεια του βήματος, αλλά πιο συχνά εμφανίζεται στο σημείο συγχώνευσης του βήματος. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μόνο ένα κλειδί πυρηνοποίησης. Επομένως, το επιταξιακό στρώμα μπορεί να αναπαράγει τέλεια τη σειρά στοίβαξης του υποστρώματος, εξαλείφοντας έτσι το πρόβλημα της συνύπαρξης πολλαπλών τύπων.

ΣΥΚΟ. 3. Διάγραμμα φυσικής διεργασίας της μεθόδου επιταξίας βήματος ελέγχου 4H-SiC

ΣΥΚΟ. 4. Κρίσιμες συνθήκες για την ανάπτυξη καρδιαγγειακών παθήσεων με τη μέθοδο επιτάξεως ελεγχόμενης βαθμίδας 4H-SiC

ΣΥΚΟ. 5. Σύγκριση ρυθμών ανάπτυξης κάτω από διαφορετικές πηγές πυριτίου στην επιταξία 4H-SiC

Επί του παρόντος, η τεχνολογία επιταξίας καρβιδίου του πυριτίου είναι σχετικά ώριμη σε εφαρμογές χαμηλής και μέσης τάσης (όπως συσκευές 1200 volt). Η ομοιομορφία πάχους, η ομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ και η κατανομή ελαττωμάτων του επιταξιακού στρώματος μπορούν να φτάσουν σε ένα σχετικά καλό επίπεδο, το οποίο μπορεί βασικά να καλύψει τις ανάγκες SBD μέσης και χαμηλής τάσης (δίοδος Schottky), MOS (τρανζίστορ πεδίου ημιαγωγού οξειδίου μετάλλου), JBS ( δίοδος διακλάδωσης) και άλλες συσκευές.

Ωστόσο, στον τομέα της υψηλής πίεσης, οι επιταξιακές γκοφρέτες πρέπει ακόμα να ξεπεράσουν πολλές προκλήσεις. Για παράδειγμα, για συσκευές που πρέπει να αντέχουν 10.000 βολτ, το πάχος της επιταξιακής στρώσης πρέπει να είναι περίπου 100μm. Σε σύγκριση με συσκευές χαμηλής τάσης, το πάχος του επιταξιακού στρώματος και η ομοιομορφία της συγκέντρωσης ντόπινγκ είναι πολύ διαφορετικά, ειδικά η ομοιομορφία της συγκέντρωσης ντόπινγκ. Ταυτόχρονα, το ελάττωμα του τριγώνου στο επιταξιακό στρώμα θα καταστρέψει επίσης τη συνολική απόδοση της συσκευής. Σε εφαρμογές υψηλής τάσης, οι τύποι συσκευών τείνουν να χρησιμοποιούν διπολικές συσκευές, οι οποίες απαιτούν υψηλή διάρκεια ζωής μειοψηφίας στο επιταξιακό στρώμα, επομένως η διαδικασία πρέπει να βελτιστοποιηθεί για να βελτιωθεί η διάρκεια ζωής της μειοψηφίας.

Προς το παρόν, η οικιακή επιταξία είναι κυρίως 4 ίντσες και 6 ίντσες και το ποσοστό της επιτάξεως καρβιδίου του πυριτίου μεγάλου μεγέθους αυξάνεται χρόνο με το χρόνο. Το μέγεθος του επιταξιακού φύλλου καρβιδίου του πυριτίου περιορίζεται κυρίως από το μέγεθος του υποστρώματος καρβιδίου του πυριτίου. Προς το παρόν, το υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίου 6 ιντσών έχει διατεθεί στο εμπόριο, επομένως το επιταξιακό καρβίδιο του πυριτίου μεταβαίνει σταδιακά από 4 ίντσες σε 6 ίντσες. Με τη συνεχή βελτίωση της τεχνολογίας προετοιμασίας υποστρώματος καρβιδίου του πυριτίου και την επέκταση της χωρητικότητας, η τιμή του υποστρώματος καρβιδίου του πυριτίου μειώνεται σταδιακά. Στη σύνθεση της τιμής του επιταξιακού φύλλου, το υπόστρωμα αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 50% του κόστους, επομένως με την πτώση της τιμής του υποστρώματος αναμένεται να μειωθεί και η τιμή του επιταξιακού φύλλου καρβιδίου του πυριτίου.