SiC epitaxiale wafer voor vermogensapparaten – 4H-SiC, N-type, lage defectdichtheid
Gedetailleerd diagram
Invoering
De SiC epitaxiale wafer vormt de kern van moderne, hoogwaardige halfgeleidercomponenten, met name die welke ontworpen zijn voor toepassingen met hoog vermogen, hoge frequenties en hoge temperaturen. SiC epitaxiale wafer, een afkorting voor Silicon Carbide Epitaxial Wafer, bestaat uit een hoogwaardige, dunne SiC epitaxiale laag die is aangebracht op een bulk SiC-substraat. De toepassing van SiC epitaxiale wafertechnologie breidt zich snel uit in elektrische voertuigen, slimme netwerken, hernieuwbare energiesystemen en de lucht- en ruimtevaart vanwege de superieure fysieke en elektronische eigenschappen in vergelijking met conventionele siliciumwafers.
Fabricageprincipes van SiC epitaxiale wafers
Het creëren van een SiC epitaxiale wafer vereist een zeer gecontroleerd chemisch dampdepositieproces (CVD). De epitaxiale laag wordt doorgaans gegroeid op een monokristallijn SiC-substraat met behulp van gassen zoals silaan (SiH₄), propaan (C₃H₈) en waterstof (H₂) bij temperaturen boven 1500 °C. Deze epitaxiale groei bij hoge temperatuur zorgt voor een uitstekende kristallijne uitlijning en minimale defecten tussen de epitaxiale laag en het substraat.
Het proces omvat verschillende belangrijke fasen:
-
Substraatvoorbereiding:De basis SiC-wafer wordt gereinigd en gepolijst tot atomaire gladheid.
-
CVD-groei:In een reactor met hoge zuiverheid reageren gassen waardoor een enkelkristal SiC-laag op het substraat wordt afgezet.
-
Dopingcontrole:N-type of P-type doping wordt tijdens epitaxie toegepast om de gewenste elektrische eigenschappen te bereiken.
-
Inspectie en metrologie:Optische microscopie, AFM en röntgendiffractie worden gebruikt om de laagdikte, de dopingconcentratie en de defectdichtheid te verifiëren.
Elke SiC epitaxiale wafer wordt zorgvuldig gecontroleerd om nauwe toleranties te handhaven wat betreft dikte-uniformiteit, oppervlaktevlakheid en soortelijke weerstand. Het nauwkeurig afstellen van deze parameters is essentieel voor hoogspannings-MOSFET's, Schottky-diodes en andere vermogenscomponenten.
Specificatie
| Parameter | Specificatie |
| Categorieën | Materiaalkunde, Enkelvoudige kristalsubstraten |
| Polytype | 4H |
| Doping | N-type |
| Diameter | 101 mm |
| Diametertolerantie | ± 5% |
| Dikte | 0,35 mm |
| Diktetolerantie | ± 5% |
| Primaire vlakke lengte | 22 mm (± 10%) |
| TTV (totale diktevariatie) | ≤10 µm |
| Verdraaien | ≤25 µm |
| FWHM | ≤30 boogseconden |
| Oppervlakteafwerking | Rq ≤0,35 nm |
Toepassingen van SiC epitaxiale wafers
SiC Epitaxiale Wafer-producten zijn onmisbaar in meerdere sectoren:
-
Elektrische voertuigen (EV's): Apparaten op basis van SiC Epitaxiale Wafers verhogen de efficiëntie van de aandrijflijn en verlagen het gewicht.
-
Hernieuwbare energie: Gebruikt in omvormers voor zonne- en windenergiesystemen.
-
Industriële voedingen:Maakt hoogfrequente, hogetemperatuurschakeling mogelijk met lagere verliezen.
-
Lucht- en ruimtevaart en defensie: Ideaal voor zware omstandigheden waar robuuste halfgeleiders nodig zijn.
-
5G-basisstations:SiC Epitaxiale Wafer-componenten ondersteunen hogere vermogensdichtheden voor RF-toepassingen.
De SiC Epitaxiale Wafer maakt compacte ontwerpen, snellere schakelingen en een hogere energieomzettingsefficiëntie mogelijk vergeleken met siliciumwafers.
Voordelen van SiC epitaxiale wafer
SiC Epitaxiale Wafer-technologie biedt aanzienlijke voordelen:
-
Hoge doorslagspanning: Bestand tegen spanningen die tot 10 keer hoger zijn dan Si-wafers.
-
Thermische geleidbaarheid:SiC Epitaxiale Wafer voert warmte sneller af, waardoor apparaten koeler en betrouwbaarder werken.
-
Hoge schakelsnelheden:Lagere schakelverliezen maken een hogere efficiëntie en miniaturisatie mogelijk.
-
Brede bandgap: Zorgt voor stabiliteit bij hogere spanningen en temperaturen.
-
Materiaal robuustheid:SiC is chemisch inert en mechanisch sterk, ideaal voor veeleisende toepassingen.
Deze voordelen maken de SiC Epitaxial Wafer het materiaal bij uitstek voor de volgende generatie halfgeleiders.
FAQ: SiC epitaxiale wafer
Vraag 1: Wat is het verschil tussen een SiC-wafer en een SiC-epitaxiale wafer?
Met een SiC-wafer wordt het bulk-substraat bedoeld, terwijl een SiC-epitaxiale wafer een speciaal gekweekte gedoteerde laag bevat die wordt gebruikt bij de fabricage van apparaten.
Vraag 2: Welke diktes zijn beschikbaar voor SiC Epitaxiale Wafer-lagen?
Epitaxiale lagen variëren doorgaans van enkele micrometers tot meer dan 100 μm dik, afhankelijk van de toepassingsvereisten.
V3: Is SiC Epitaxiale Wafer geschikt voor omgevingen met hoge temperaturen?
Ja, SiC Epitaxial Wafer kan werken bij temperaturen boven 600°C en presteert daarmee aanzienlijk beter dan silicium.
Vraag 4: Waarom is defectdichtheid belangrijk bij SiC-epitaxiale wafers?
Een lagere defectdichtheid verbetert de prestaties en opbrengst van apparaten, vooral bij hoogspanningstoepassingen.
V5: Zijn er zowel N-type als P-type SiC epitaxiale wafers verkrijgbaar?
Ja, beide typen worden geproduceerd met behulp van nauwkeurige controle van het dopantgas tijdens het epitaxiale proces.
V6: Welke wafergroottes zijn standaard voor SiC Epitaxiale Wafers?
Standaarddiameters zijn 2 inch, 4 inch, 6 inch en steeds vaker 8 inch voor productie in grote volumes.
V7: Welke invloed heeft SiC Epitaxial Wafer op de kosten en efficiëntie?
SiC Epitaxiale Wafer is in eerste instantie duurder dan silicium, maar zorgt wel voor een kleinere systeemomvang en minder vermogensverlies. Hierdoor worden de totale kostenefficiëntie op de lange termijn verbeterd.
