SiCOI wafer 4inch 6inch HPSI SiC SiO2 Si substraatstructuur

Korte beschrijving:

Dit artikel presenteert een gedetailleerd overzicht van siliciumcarbide-op-isolator (SiCOI) wafers, met specifieke aandacht voor substraten van 10 cm en 15 cm met hoogzuivere semi-isolerende (HPSI) siliciumcarbide (SiC) lagen, gebonden op isolerende siliciumdioxide (SiO₂) lagen bovenop silicium (Si) substraten. De SiCOI-structuur combineert de uitzonderlijke elektrische, thermische en mechanische eigenschappen van SiC met de elektrische isolatievoordelen van de oxidelaag en de mechanische ondersteuning van het siliciumsubstraat. Het gebruik van HPSI SiC verbetert de prestaties van apparaten door de substraatgeleiding te minimaliseren en parasitaire verliezen te verminderen, waardoor deze wafers ideaal zijn voor halfgeleidertoepassingen met hoog vermogen, hoge frequenties en hoge temperaturen. Het fabricageproces, de materiaaleigenschappen en de structurele voordelen van deze meerlaagse configuratie worden besproken, met de nadruk op de relevantie ervan voor de volgende generatie vermogenselektronica en micro-elektromechanische systemen (MEMS). In het onderzoek worden ook de eigenschappen en potentiële toepassingen van 4-inch en 6-inch SiCOI-wafers vergeleken, waarbij de schaalbaarheid en integratiemogelijkheden voor geavanceerde halfgeleiderapparaten worden benadrukt.

Stuur ons een e-mail

Functies

Structuur van de SiCOI-wafer

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) en SOD (Silicon-on-Diamond of Silicon-on-Insulator-achtige technologie). Het omvat:

Prestatiegegevens:

Geeft parameters weer zoals nauwkeurigheid, fouttypen (bijvoorbeeld 'Geen fout', 'Waardeafstand') en diktemetingen (bijvoorbeeld 'Direct-Layer dikte/kg').

Een tabel met numerieke waarden (eventueel experimentele of procesparameters) onder koppen als 'ADDR/SYGBDT', '10/0', enz.

Laagdiktegegevens:

Uitgebreide herhaalde vermeldingen met de labels "L1 Dikte (A)" tot en met "L270 Dikte (A)" (waarschijnlijk in Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

Stelt een meerlaagse structuur voor met nauwkeurige diktecontrole voor elke laag, typisch voor geavanceerde halfgeleiderwafers.

SiCOI-waferstructuur

SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) is een gespecialiseerde waferstructuur die siliciumcarbide (SiC) combineert met een isolatielaag, vergelijkbaar met SOI (Silicon-on-Insulator), maar geoptimaliseerd voor toepassingen met hoog vermogen en hoge temperaturen. Belangrijkste kenmerken:

Laagsamenstelling:

Bovenste laag: enkelkristal siliciumcarbide (SiC) voor hoge elektronenmobiliteit en thermische stabiliteit.

Ingebedde isolator: meestal SiO₂ (oxide) of diamant (in SOD) om parasitaire capaciteit te verminderen en de isolatie te verbeteren.

Basissubstraat: Silicium of polykristallijn SiC voor mechanische ondersteuning

Eigenschappen van SiCOI-wafers

Elektrische eigenschappen Grote bandafstand (3,2 eV voor 4H-SiC): Maakt een hoge doorslagspanning mogelijk (> 10× hoger dan silicium). Vermindert lekstromen en verbetert zo de efficiëntie van vermogensapparaten.

Hoge elektronenmobiliteit:~900 cm²/V·s (4H-SiC) vs. ~1.400 cm²/V·s (Si), maar betere prestaties bij hoge veldsterktes.

Lage weerstand:Transistoren op basis van SiCOI (bijvoorbeeld MOSFET's) vertonen lagere geleidingsverliezen.

Uitstekende isolatie:De begraven oxide (SiO₂) of diamantlaag minimaliseert parasitaire capaciteit en overspraak.

Thermische eigenschappenHoge thermische geleidbaarheid: SiC (~490 W/m·K voor 4H-SiC) versus Si (~150 W/m·K). Diamant (indien gebruikt als isolator) kan meer dan 2000 W/m·K bedragen, waardoor de warmteafvoer wordt verbeterd.

Thermische stabiliteit:Werkt betrouwbaar bij >300°C (versus ~150°C voor silicium). Vermindert de koelvereisten in vermogenselektronica.

3. Mechanische en chemische eigenschappenExtreme hardheid (~9,5 Mohs): is slijtvast, waardoor SiCOI duurzaam is in zware omstandigheden.

Chemische inertie:Biedt weerstand tegen oxidatie en corrosie, zelfs in zure/basische omstandigheden.

Lage thermische uitzetting:Past goed bij andere hogetemperatuurmaterialen (bijv. GaN).

4. Structurele voordelen (vs. bulk SiC of SOI)

Minder substraatverlies:Isolatielaag voorkomt lekstroom naar het substraat.

Verbeterde RF-prestaties:Een lagere parasitaire capaciteit maakt sneller schakelen mogelijk (handig voor 5G/mmWave-apparaten).

Flexibel ontwerp:De dunne SiC-toplaag maakt geoptimaliseerde schaalbaarheid van apparaten mogelijk (bijvoorbeeld ultradunne kanalen in transistoren).

Vergelijking met SOI en bulk SiC

Eigendom	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	Bulk SiC
Bandgap	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Thermische geleidbaarheid	Hoog (SiC + diamant)	Laag (SiO₂ beperkt de warmtestroom)	Hoog (alleen SiC)
Doorslagspanning	Zeer hoog	Gematigd	Zeer hoog
Kosten	Hoger	Lager	Hoogste (zuiver SiC)

Toepassingen van SiCOI-wafers

Vermogenselektronica
SiCOI-wafers worden veel gebruikt in hoogspannings- en hoogvermogen-halfgeleidercomponenten zoals MOSFET's, Schottky-diodes en vermogensschakelaars. De brede bandgap en hoge doorslagspanning van SiC maken efficiënte vermogensconversie mogelijk met minder verliezen en verbeterde thermische prestaties.

Radiofrequentie (RF) apparaten
De isolatielaag in SiCOI-wafers vermindert de parasitaire capaciteit, waardoor ze geschikt zijn voor hoogfrequente transistoren en versterkers die worden gebruikt in telecommunicatie-, radar- en 5G-technologieën.

Micro-elektromechanische systemen (MEMS)
SiCOI-wafers vormen een robuust platform voor de productie van MEMS-sensoren en -actuatoren die betrouwbaar werken onder zware omstandigheden dankzij de chemische inertheid en mechanische sterkte van SiC.

Hogetemperatuurelektronica
SiCOI maakt elektronica mogelijk die prestaties en betrouwbaarheid behoudt bij hoge temperaturen, wat voordelen biedt voor toepassingen in de automobiel-, lucht- en ruimtevaart- en industriële sector waar conventionele siliciumapparaten het laten afweten.

Fotonische en opto-elektronische apparaten
De combinatie van de optische eigenschappen van SiC en de isolatielaag maakt de integratie van fotonische circuits mogelijk met verbeterd thermisch beheer.

Stralingsbestendige elektronica
Dankzij de inherente stralingsbestendigheid van SiC zijn SiCOI-wafers ideaal voor toepassingen in de ruimte en in de kernenergie, waarbij apparaten nodig zijn die bestand zijn tegen omgevingen met veel straling.

Vragen en antwoorden over SiCOI-wafers

V1: Wat is een SiCOI-wafer?

A: SiCOI staat voor Silicon Carbide-on-Insulator. Het is een halfgeleiderwaferstructuur waarbij een dunne laag siliciumcarbide (SiC) is verbonden met een isolerende laag (meestal siliciumdioxide, SiO₂), die wordt ondersteund door een siliciumsubstraat. Deze structuur combineert de uitstekende eigenschappen van SiC met elektrische isolatie van de isolator.

Vraag 2: Wat zijn de belangrijkste voordelen van SiCOI-wafers?

A: De belangrijkste voordelen zijn onder meer een hoge doorslagspanning, een brede bandgap, uitstekende thermische geleidbaarheid, superieure mechanische hardheid en een verminderde parasitaire capaciteit dankzij de isolatielaag. Dit leidt tot verbeterde prestaties, efficiëntie en betrouwbaarheid van het apparaat.

Vraag 3: Wat zijn typische toepassingen van SiCOI-wafers?

A: Ze worden gebruikt in vermogenselektronica, hoogfrequente RF-apparaten, MEMS-sensoren, hogetemperatuurelektronica, fotonische apparaten en stralingsbestendige elektronica.