पॉवर उपकरणांसाठी SiC एपिटॅक्सियल वेफर - 4H-SiC, N-प्रकार, कमी दोष घनता
तपशीलवार आकृती


परिचय
SiC एपिटॅक्सियल वेफर हे आधुनिक उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या केंद्रस्थानी आहे, विशेषत: उच्च-शक्ती, उच्च-फ्रिक्वेन्सी आणि उच्च-तापमान ऑपरेशन्ससाठी डिझाइन केलेले. सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल वेफरचे संक्षिप्त रूप, SiC एपिटॅक्सियल वेफरमध्ये मोठ्या प्रमाणात SiC सब्सट्रेटच्या वर वाढवलेला उच्च-गुणवत्तेचा, पातळ SiC एपिटॅक्सियल थर असतो. पारंपारिक सिलिकॉन-आधारित वेफर्सच्या तुलनेत त्याच्या उत्कृष्ट भौतिक आणि इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्मांमुळे SiC एपिटॅक्सियल वेफर तंत्रज्ञानाचा वापर इलेक्ट्रिक वाहने, स्मार्ट ग्रिड, अक्षय ऊर्जा प्रणाली आणि एरोस्पेसमध्ये वेगाने वाढत आहे.
SiC एपिटॅक्सियल वेफरची निर्मिती तत्त्वे
SiC एपिटॅक्सियल वेफर तयार करण्यासाठी अत्यंत नियंत्रित रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) प्रक्रिया आवश्यक असते. एपिटॅक्सियल थर सामान्यतः मोनोक्रिस्टलाइन SiC सब्सट्रेटवर सिलेन (SiH₄), प्रोपेन (C₃H₈) आणि हायड्रोजन (H₂) सारख्या वायूंचा वापर करून १५००°C पेक्षा जास्त तापमानात वाढवला जातो. ही उच्च-तापमानाची एपिटॅक्सियल वाढ उत्कृष्ट क्रिस्टलाइन संरेखन आणि एपिटॅक्सियल थर आणि सब्सट्रेटमधील किमान दोष सुनिश्चित करते.
प्रक्रियेमध्ये अनेक प्रमुख टप्पे समाविष्ट आहेत:
-
सब्सट्रेट तयार करणे: बेस SiC वेफर स्वच्छ आणि पॉलिश करून अणु गुळगुळीत केले जाते.
-
हृदयरोग वाढ: उच्च-शुद्धता असलेल्या अणुभट्टीमध्ये, वायू प्रतिक्रिया देऊन सब्सट्रेटवर एकल-स्फटिक SiC थर जमा करतात.
-
डोपिंग नियंत्रण: इच्छित विद्युत गुणधर्म प्राप्त करण्यासाठी एपिटॅक्सी दरम्यान एन-टाइप किंवा पी-टाइप डोपिंग सुरू केले जाते.
-
तपासणी आणि मापनशास्त्र: थराची जाडी, डोपिंग एकाग्रता आणि दोष घनता सत्यापित करण्यासाठी ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपी, एएफएम आणि एक्स-रे विवर्तन वापरले जातात.
जाडीची एकरूपता, पृष्ठभागाची सपाटता आणि प्रतिरोधकता यामध्ये कडक सहनशीलता राखण्यासाठी प्रत्येक SiC एपिटॅक्सियल वेफरचे काळजीपूर्वक निरीक्षण केले जाते. उच्च-व्होल्टेज MOSFETs, Schottky डायोड्स आणि इतर पॉवर उपकरणांसाठी हे पॅरामीटर्स फाइन-ट्यून करण्याची क्षमता आवश्यक आहे.
तपशील
पॅरामीटर | तपशील |
श्रेणी | पदार्थ विज्ञान, सिंगल क्रिस्टल सबस्ट्रेट्स |
पॉलीटाइप | 4H |
डोपिंग | एन प्रकार |
व्यास | १०१ मिमी |
व्यास सहनशीलता | ± ५% |
जाडी | ०.३५ मिमी |
जाडी सहनशीलता | ± ५% |
प्राथमिक फ्लॅट लांबी | २२ मिमी (± १०%) |
टीटीव्ही (एकूण जाडीतील फरक) | ≤१० मायक्रॉन |
वार्प | ≤२५ मायक्रॉन |
एफडब्ल्यूएचएम | ≤३० आर्क-सेकंद |
पृष्ठभाग पूर्ण करणे | आरक्यू ≤०.३५ एनएम |
SiC एपिटॅक्सियल वेफरचे अनुप्रयोग
SiC एपिटॅक्सियल वेफर उत्पादने अनेक क्षेत्रांमध्ये अपरिहार्य आहेत:
-
इलेक्ट्रिक वाहने (EVs): SiC एपिटॅक्सियल वेफर-आधारित उपकरणे पॉवरट्रेन कार्यक्षमता वाढवतात आणि वजन कमी करतात.
-
अक्षय ऊर्जा: सौर आणि पवन ऊर्जा प्रणालींसाठी इन्व्हर्टरमध्ये वापरले जाते.
-
औद्योगिक वीज पुरवठा: कमी नुकसानासह उच्च-फ्रिक्वेन्सी, उच्च-तापमान स्विचिंग सक्षम करा.
-
अवकाश आणि संरक्षण: मजबूत सेमीकंडक्टरची आवश्यकता असलेल्या कठोर वातावरणासाठी आदर्श.
-
५जी बेस स्टेशन्स: SiC एपिटॅक्सियल वेफर घटक RF अनुप्रयोगांसाठी उच्च पॉवर घनतेला समर्थन देतात.
सिलिकॉन वेफर्सच्या तुलनेत SiC एपिटॅक्सियल वेफर कॉम्पॅक्ट डिझाइन, जलद स्विचिंग आणि उच्च ऊर्जा रूपांतरण कार्यक्षमता सक्षम करते.
SiC एपिटॅक्सियल वेफरचे फायदे
SiC एपिटॅक्सियल वेफर तंत्रज्ञानाचे महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत:
-
उच्च ब्रेकडाउन व्होल्टेज: Si वेफर्सपेक्षा १० पट जास्त व्होल्टेज सहन करते.
-
औष्णिक चालकता: SiC एपिटॅक्सियल वेफर उष्णता जलद नष्ट करते, ज्यामुळे उपकरणे थंड आणि अधिक विश्वासार्हपणे चालतात.
-
उच्च स्विचिंग गती: कमी स्विचिंग लॉसमुळे उच्च कार्यक्षमता आणि लघुकरण शक्य होते.
-
वाइड बँडगॅप: उच्च व्होल्टेज आणि तापमानात स्थिरता सुनिश्चित करते.
-
साहित्याची मजबूती: SiC रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय आणि यांत्रिकदृष्ट्या मजबूत आहे, कठीण अनुप्रयोगांसाठी आदर्श आहे.
या फायद्यांमुळे SiC एपिटॅक्सियल वेफर पुढील पिढीच्या सेमीकंडक्टरसाठी पसंतीचे साहित्य बनते.
वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न: SiC एपिटॅक्सियल वेफर
प्रश्न १: SiC वेफर आणि SiC एपिटॅक्सियल वेफरमध्ये काय फरक आहे?
SiC वेफरमध्ये बल्क सब्सट्रेटचा संदर्भ असतो, तर SiC एपिटॅक्सियल वेफरमध्ये उपकरणाच्या निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या विशेषतः वाढवलेल्या डोप केलेल्या थराचा समावेश असतो.
प्रश्न २: SiC एपिटॅक्सियल वेफर थरांसाठी किती जाडी उपलब्ध आहे?
एपिटॅक्सियल थर सामान्यतः काही मायक्रोमीटरपासून ते १०० μm पेक्षा जास्त असतात, जे अनुप्रयोगाच्या आवश्यकतांवर अवलंबून असतात.
प्रश्न ३: उच्च-तापमानाच्या वातावरणासाठी SiC एपिटॅक्सियल वेफर योग्य आहे का?
हो, SiC एपिटॅक्सियल वेफर ६००°C पेक्षा जास्त तापमानात काम करू शकते, जे सिलिकॉनपेक्षा लक्षणीयरीत्या चांगले काम करते.
प्रश्न ४: SiC एपिटॅक्सियल वेफरमध्ये दोष घनता का महत्त्वाची आहे?
कमी दोष घनता उपकरणाची कार्यक्षमता आणि उत्पादन सुधारते, विशेषतः उच्च-व्होल्टेज अनुप्रयोगांसाठी.
प्रश्न ५: एन-टाइप आणि पी-टाइप SiC एपिटॅक्सियल वेफर्स दोन्ही उपलब्ध आहेत का?
हो, दोन्ही प्रकार एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान अचूक डोपंट गॅस नियंत्रण वापरून तयार केले जातात.
प्रश्न ६: SiC एपिटॅक्सियल वेफरसाठी कोणते वेफर आकार मानक आहेत?
मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी मानक व्यासांमध्ये २-इंच, ४-इंच, ६-इंच आणि वाढत्या प्रमाणात ८-इंच यांचा समावेश आहे.
प्रश्न ७: SiC एपिटॅक्सियल वेफरचा खर्च आणि कार्यक्षमतेवर कसा परिणाम होतो?
सुरुवातीला सिलिकॉनपेक्षा महाग असले तरी, SiC एपिटॅक्सियल वेफर सिस्टमचा आकार आणि वीज तोटा कमी करते, ज्यामुळे दीर्घकालीन एकूण खर्च कार्यक्षमता सुधारते.