Эволюция полупроводников благодаря технологии SiC

Полупроводниковая промышленность находится в состоянии постоянной эволюции, вызванной неуклонным спросом на более компактные, быстрые и эффективные электронные устройства. По мере того как традиционные технологии на основе кремния приближаются к своим теоретическим пределам, появляются новые материалы, позволяющие расширить границы производительности. Среди них карбид кремния (SiC) выделяется как преобразующий материал, особенно для высокомощных, высокочастотных и высокотемпературных приложений. В этой статье блога рассматривается ключевая роль SiC в продолжающейся эволюции полупроводников, изучаются его преимущества, области применения и соображения, связанные с поиском компонентов SiC на заказ.

Трансформация полупроводникового ландшафта

На протяжении десятилетий кремний (Si) был бесспорной "рабочей лошадкой" полупроводниковой промышленности. Однако растущая плотность мощности, рабочие частоты и суровые условия окружающей среды в современных приложениях - от электромобилей до инфраструктуры 5G и систем возобновляемой энергии - выявляют ограничения кремния. Такие параметры, как напряжение пробоя, теплопроводность и подвижность электронов, в кремнии предельно ограничены. Именно здесь на сцену выходят широкозонные полупроводники (ШЗП), в первую очередь карбид кремния. SiC обладает превосходными свойствами материала, что напрямую приводит к значительному повышению производительности полупроводниковых приборов, предвещая новую эру силовой электроники и передовых полупроводниковых систем. Переход на SiC - это не просто дополнительная модернизация, это фундаментальное изменение, позволяющее добиться совершенно новых возможностей и эффективности во многих отраслях промышленности.

Почему SiC изменит ситуацию с полупроводниками

Карбид кремния’ занял свое место в полупроводниковой промышленности не случайно: это прямой результат исключительных свойств материала, которые позволяют создавать устройства, значительно превосходящие по производительности обычный кремний. Эти преимущества крайне важны для инженеров и конструкторов, стремящихся создать силовую электронику и высокопроизводительные системы нового поколения.

• Более высокое электрическое поле пробоя: Электрическое поле пробоя SiC примерно в десять раз выше, чем у кремния. Это позволяет SiC-устройствам блокировать значительно более высокие напряжения в гораздо более тонком слое, что приводит к уменьшению размеров устройств и снижению сопротивления в состоянии покоя при заданном номинальном напряжении. Это очень важно для высоковольтного преобразования и распределения энергии.
• Превосходная теплопроводность: Теплопроводность SiC примерно в три раза выше, чем у кремния. Это позволяет SiC-устройствам эффективнее отводить тепло, что позволяет им работать при более высоких температурах и плотности мощности, не требуя громоздких систем охлаждения. Это свойство повышает надежность и уменьшает размер и стоимость системы.
• Более широкая полоса пропускания: Полоса пропускания SiC примерно в три раза шире, чем у кремния (например, ~3,2 эВ для 4H-SiC против 1,1 эВ для Si). Такая широкая полоса пропускания приводит к снижению токов утечки, особенно при повышенных температурах, и позволяет использовать более высокие рабочие температуры - часто превышающие 200°C, по сравнению с кремнием’, типичный предел которого составляет 150°C.
• Более высокая скорость дрейфа насыщенных электронов: Скорость дрейфа насыщенных электронов у SiC примерно в два раза выше, чем у кремния. Эта характеристика позволяет SiC-устройствам работать на более высоких частотах переключения, что приводит к уменьшению размеров пассивных компонентов (индукторов, конденсаторов) в системах силовых преобразователей, тем самым повышая плотность мощности и уменьшая объем системы.
• Повышенная радиационная стойкость: Прочные атомные связи в SiC делают его более устойчивым к радиационному повреждению по сравнению с кремнием. Это делает SiC-устройства очень подходящими для применения в аэрокосмической, оборонной промышленности и атомной энергетике, где устойчивость к радиации является критически важным требованием.

Благодаря этим неотъемлемым преимуществам SiC-устройства могут быть меньше, быстрее, эффективнее и надежнее своих кремниевых аналогов, особенно в ответственных приложениях. Это дает ощутимые преимущества менеджерам по закупкам и техническим заказчикам, включая снижение стоимости системы, повышение энергоэффективности и долговечности продукции.

Основные области применения SiC в экосистеме полупроводников

Превосходные свойства карбида кремния открыли широкий спектр применений в полупроводниковой промышленности, стимулируя инновации и повышение эффективности. Пока инженеры и специалисты по закупкам оценивают материалы, понимание этих конкретных случаев применения подчеркивает ценностное предложение SiC’.

Технология SiC позволяет совершить прорыв в нескольких ключевых областях:

• Силовая электроника: Это, пожалуй, самая важная область для SiC.
  • Инверторы и преобразователи: Используется в электромобилях (EV) для тяговых инверторов, бортовых зарядных устройств (БЗУ) и DC-DC-преобразователей. SiC обеспечивает более высокий КПД, что приводит к увеличению дальности хода электромобилей и ускорению зарядки. Солнечные инверторы и преобразователи для ветряных турбин также выигрывают от эффективности и плотности мощности SiC’.
  • Источники питания: Промышленные источники питания, блоки питания для серверных ферм и телекоммуникационные выпрямители используют SiC для снижения энергопотребления и уменьшения форм-фактора.
  • Моторные приводы: Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) на основе SiC для промышленных двигателей обеспечивают лучшее управление и экономию энергии.
• 21883: Радиочастотные (RF) устройства:
  • Радиолокационные системы: Высокая плотность мощности и теплопроводность SiC идеально подходят для мощных радиочастотных транзисторов в военных радарах и системах связи.
  • 21884: Беспроводная связь: Усилители базовых станций и другие радиочастотные компоненты выигрывают от производительности SiC на высоких частотах.
• Высокотемпературная электроника:
  • Аэрокосмическая и оборонная промышленность: Элементы управления двигателем, исполнительные механизмы и датчики в авиационных и оборонных системах, работающих в экстремальных температурных условиях.
  • Разведка нефти и газа: Буровое оборудование и датчики для скважин требуют электроники, способной выдерживать высокие температуры и давление - область, в которой SiC превосходит всех.
• Автомобили (за пределами силовых агрегатов): Несмотря на то, что EV являются основной движущей силой, SiC находит применение и в других автомобильных системах, требующих надежного управления питанием.
• Промышленный нагрев и сварка: Мощные SiC-устройства используются в системах индукционного нагрева и современном сварочном оборудовании.
• Светодиодное освещение: В то время как сами светодиоды часто изготавливаются из GaN-on-SiC или других материалов, источники питания и драйверы для мощных светодиодных систем могут получить преимущества от использования SiC-компонентов для повышения эффективности и долговечности.

В следующей таблице приведены некоторые ключевые области применения и используемые в них преимущества SiC:

Область применения	Конкретный пример использования	Использование ключевых преимуществ SiC	Целевые отрасли
Силовая электроника	Инверторы для тяговых электроприводов, бортовые зарядные устройства	Высокая эффективность, высокая плотность мощности, работа при высоких температурах	Автомобильная промышленность, возобновляемые источники энергии
Силовая электроника	Солнечные инверторы, преобразователи для ветряных турбин	Высокая эффективность, снижение потребности в охлаждении, долговечность	Возобновляемая энергия
Силовая электроника	Промышленные моторные приводы	Экономия энергии, точное управление, надежность	Промышленное производство
Радиочастотные устройства	Радарные системы, усилители для базовых станций	Высокая выходная мощность, высокая частота, термическая стабильность	Аэрокосмическая промышленность, оборона, телекоммуникации
Высокотемпературная электроника	Датчики для бурения скважин, системы управления двигателем	Высокая рабочая температура, радиационная стойкость	Нефть и газ, аэрокосмическая промышленность, атомная энергетика
Производство полупроводников	Патроны для вафель, суспензоры, кольца	Высокая чистота, тепловая однородность, химическая инертность, долговечность	Полупроводник

Такое разнообразие областей применения подчеркивает универсальность и важнейшую роль SiC в развитии современной электроники во множестве отраслей промышленности с высокими требованиями.

Свойства материала: Степень чистоты SiC для полупроводников

Не все карбиды кремния созданы одинаковыми, особенно когда речь идет о высоких требованиях полупроводниковой промышленности. Конкретная кристаллическая структура (политип) и степень чистоты SiC являются критическими факторами, определяющими его пригодность для различных полупроводниковых приложений. Для менеджеров по закупкам и инженеров понимание этих различий является ключом к поиску нужных материалов.

Основными политипами SiC, используемыми в полупроводниковых приборах, являются:

• 4H-SiC: В настоящее время этот политип является наиболее распространенным для силовых электронных устройств благодаря своим превосходным свойствам, включая более высокую подвижность электронов и более изотропные свойства по сравнению с другими политипами. Это приводит к снижению сопротивления включения и улучшению общих характеристик устройства. Этот материал является предпочтительным для высоковольтных МОП-транзисторов и диодов Шоттки.
• 6H-SiC: Исторически 6H-SiC был более распространен и его легче было выращивать с высоким качеством. Хотя его подвижность электронов ниже, чем у 4H-SiC, он по-прежнему используется для некоторых специфических применений, включая некоторые высокочастотные устройства и подложку для эпитаксии GaN.
• 3C-SiC (кубический SiC): Этот политип обладает самой высокой подвижностью электронов среди политипов SiC и теоретически может быть выращен на кремниевых подложках, что потенциально снижает затраты. Однако получение высококачественного, бездефектного 3C-SiC на больших подложках Si остается серьезной проблемой, что ограничивает его коммерческое применение в основных энергетических устройствах. Исследования продолжаются в связи с его многообещающими теоретическими преимуществами.

Помимо политипов, первостепенное значение имеет чистота. Полупроводниковый SiC, особенно для подложек и эпитаксиальных слоев, требует чрезвычайно высокого уровня чистоты (часто >99,999%). Примеси могут приводить к появлению нежелательных электронных состояний, увеличивать плотность дефектов и снижать производительность и надежность устройств. Процессы производства SiC полупроводникового класса, такие как физический перенос паров (PVT) для выращивания объемных кристаллов и химическое осаждение паров (CVD) для эпитаксии, тщательно контролируются для достижения этих уровней чистоты.

Основные требования к SiC полупроводникового класса включают:

• Плотность микротрубок (MPD): Микротрубки - это винтовые дислокации в полых ядрах, которые могут быть убийственными дефектами в SiC-приборах. Низкий уровень MPD (в идеале - нулевой) имеет решающее значение для высокопроизводительного производства устройств большой площади.
• Плотность дислокаций в базисной плоскости (BPD): БПД могут вызывать биполярную деградацию в SiC-приборах. Значительные усилия в области исследований и разработок направлены на снижение плотности ППД в подложках и эпислоях SiC.
• Качество поверхности: Атомарно гладкие поверхности с минимальными подповерхностными повреждениями необходимы для последующего эпитаксиального роста и изготовления устройств. Это требует точных методов полировки и очистки.
• Равномерность легирования: Для проводящих подложек и эпислоев SiC равномерное распределение легирующих элементов (например, азота для n-типа или алюминия для p-типа) является критически важным для обеспечения стабильных характеристик устройства.

Технические покупатели должны убедиться, что их поставщики SiC могут предоставить материалы с определенным политипом, чистотой и характеристиками дефектов, необходимыми для их целевых применений. В этом отношении важны подробные спецификации материалов и сертификаты качества.

Преодоление производственных трудностей: Производство SiC-пластин

Путь карбида кремния от сырья до готовой полупроводниковой пластины сопряжен с техническими трудностями. Хотя свойства SiC’ весьма желательны, присущие ему твердость и химическая стабильность делают его обработку значительно более сложной и дорогостоящей, чем традиционного кремния. Понимание этих трудностей важно для того, чтобы оценить стоимость и сроки изготовления высококачественных SiC-пластин.

Основные производственные задачи включают:

• Выращивание кристаллов (производство булей):
  • Высокие температуры: SiC сублимируется, а не плавится при атмосферном давлении, что требует температур роста, превышающих 2000°C (как правило, посредством физического переноса паров – PVT). Поддержание стабильных и равномерных высоких температур является серьезным инженерным достижением.
  • Контроль дефектов: Контролировать такие кристаллографические дефекты, как микротрубочки, винтовые дислокации и дефекты укладки в процессе роста булей, чрезвычайно сложно. Эти дефекты могут серьезно повлиять на выход и производительность устройств.
  • Медленные темпы роста: Выращивание кристаллов SiC - медленный процесс, что ограничивает производительность и приводит к увеличению затрат.
  • Инкорпорация допанта: Достижение равномерного и контролируемого легирования (n-типа или p-типа) в процессе роста является сложной задачей из-за высоких температур.
• Нарезка и формовка пластин:
  • Твердость: SiC - один из самых твердых синтетических материалов (твердость по Моосу 9,0-9,5), поэтому нарезать були на пластины и затем придать им нужную форму очень сложно. Для этого необходимы проволочные пилы с алмазным напылением и шлифовальные инструменты, но они быстро изнашиваются, что увеличивает расходы.
  • Отходы материалов: Процессы нарезания и шлифования могут привести к значительной потере материала (потере пропила).
• Полировка и планаризация:
  • Достижение атомарно гладких поверхностей: Создание неповрежденных, атомарно плоских поверхностей, необходимых для эпитаксии, - это многоступенчатый процесс, включающий механическую шлифовку, притирку и химико-механическую полировку (ХМП). Каждый этап должен быть точно контролируемым, чтобы удалить подповерхностные повреждения, полученные на предыдущих этапах.
  • Шероховатость поверхности: Шероховатость целевой поверхности часто находится в ангстремном диапазоне (например, <0,5 нм RMS).
• Эпитаксиальный рост:
  • Высококачественные слои: Выращивание тонких, точно легированных эпитаксиальных слоев SiC (обычно методом химического осаждения из паровой фазы – CVD) с низкой плотностью дефектов на SiC-подложках имеет решающее значение для производства устройств. Поддержание стехиометрии и однородности на больших подложках является сложной задачей.
  • Толщина дрейфового слоя и контроль легирования: В силовых устройствах необходимо точно контролировать толщину и концентрацию легирования дрейфового слоя, чтобы добиться желаемого напряжения пробоя и сопротивления включения.
• Стоимость: Сочетание сложных процессов, специализированного оборудования, высокого энергопотребления, медленных темпов роста и твердости материала приводит к тому, что пластины SiC стоят значительно дороже кремниевых. Однако постоянные исследования и разработки, а также эффект масштаба постепенно снижают эти затраты.

Преодоление этих трудностей требует значительных знаний в области материаловедения, роста кристаллов, точной механики и химической обработки. Компании, специализирующиеся на производстве SiC-пластин, вкладывают значительные средства в НИОКР, чтобы улучшить качество кристаллов, увеличить диаметр пластин (в настоящее время он приближается к 200 мм), снизить плотность дефектов и уменьшить производственные затраты. Для технических покупателей сотрудничество с поставщиками, демонстрирующими успешный опыт преодоления этих производственных сложностей, имеет решающее значение для обеспечения стабильных поставок высококачественных пластин.

Разработка полупроводниковых приборов нового поколения на основе SiC

Переход на карбид кремния открывает новые горизонты для проектирования полупроводниковых устройств, позволяя инженерам создавать компоненты, превосходящие по своим характеристикам кремний. Однако эффективное использование уникальных свойств SiC’ требует тщательной проработки на этапе проектирования. Инженеры должны адаптировать свои подходы, чтобы учесть как преимущества, так и специфические характеристики SiC.

Ключевые аспекты проектирования полупроводниковых приборов на основе SiC включают в себя:

• Стратегия управления тепловым режимом:
  • Хотя SiC обладает отличной теплопроводностью, достижимые более высокие плотности мощности означают, что эффективный отвод тепла по-прежнему имеет первостепенное значение. При проектировании необходимо учитывать материалы крепления матрицы, выбор подложки и общую конструкцию корпуса, чтобы обеспечить эффективные тепловые пути от активного SiC-устройства.
  • Возможность работы при более высоких температурах спая позволяет упростить систему охлаждения, но при этом должна учитываться при расчете надежности и срока службы всего модуля.
• Разработка драйвера затвора (для SiC MOSFET):
  • Для SiC MOSFET часто требуются разные уровни напряжения на затворе (например, более высокое положительное напряжение для полного усиления, иногда отрицательное напряжение для надежного выключения) по сравнению с кремниевыми IGBT или MOSFET.
  • Более высокая скорость переключения SiC-устройств требует драйверов затвора с низкой паразитной индуктивностью и способностью обеспечивать высокие пиковые токи для быстрой зарядки и разрядки емкости затвора. Это позволяет минимизировать потери при переключении.
  • Такие функции защиты, как обнаружение десатурации (Desat) и защита от короткого замыкания, должны быть оптимизированы с учетом характеристик SiC’.
• Укладка и управление паразитами:
  • Высокая скорость переключения (dV/dt и dI/dt) SiC-устройств может усугубить проблемы с паразитными индуктивностями и емкостями в корпусе устройства и окружающих схемах. Это может привести к скачкам напряжения, звону и проблемам с электромагнитными помехами.
  • Тщательная компоновка, минимизация индуктивности контуров и использование соответствующих развязывающих конденсаторов имеют решающее значение. Часто используются передовые упаковочные решения, включая подложки из меди с прямым соединением (DBC) и многочиповые модули.
• Параллельное включение приборов:
  • В сильноточных приложениях может потребоваться запараллеливание нескольких SiC-приборов. Положительный температурный коэффициент сопротивления включения в SiC MOSFETs помогает разделить ток, но тщательная разработка привода затвора и симметричная компоновка все же необходимы для предотвращения теплового выброса и обеспечения сбалансированного распределения тока.
• Характеристики корпусных диодов (SiC MOSFETs):
  • Внутренний диод SiC MOSFETs имеет характеристики, отличные от характеристик диодов кремниевых MOSFET, часто демонстрируя более высокое прямое падение напряжения. Хотя для некоторых приложений это подходит, в других, требующих частого свободного хода, внешний SiC-диод Шоттки может быть включен в корпус или использоваться параллельно для улучшения характеристик.
  • Новые поколения SiC MOSFET отличаются улучшенными характеристиками корпусного диода.
• Использование высокотемпературных возможностей:
  • При проектировании можно использовать способность SiC’ надежно работать при температуре спая 175°C или даже 200°C и выше. Это может уменьшить размер и стоимость систем охлаждения или позволить работать в более жестких условиях окружающей среды. Однако окружающие компоненты и упаковочные материалы также должны быть рассчитаны на такие температуры.
• Компромиссы между стоимостью и производительностью:
  • Хотя SiC-устройства обладают превосходными характеристиками, они, как правило, дороже своих кремниевых аналогов. Проектировщики должны оценить общие преимущества на уровне системы (например, снижение охлаждения, уменьшение количества пассивных элементов, повышение эффективности), чтобы оправдать стоимость компонента. Во многих приложениях экономия на уровне системы перевешивает более высокую стоимость устройства.

Успешное проектирование с использованием SiC предполагает целостный подход, учитывающий взаимодействие между устройством, его корпусом, драйвером затвора и общей топологией системы. Сотрудничество с опытными производителями SiC-компонентов может дать ценные знания и поддержку в применении для оптимизации конструкции для достижения максимальной производительности и надежности.

Роль персонализации в производстве SiC для полупроводников

Хотя стандартные, готовые компоненты из карбида кремния удовлетворяют многие потребности полупроводниковой промышленности, поиск оптимизированной производительности, уникальных форм-факторов и специфических характеристик часто приводит к необходимости создания индивидуальных решений на основе SiC. Персонализация позволяет инженерам и дизайнерам адаптировать свойства и геометрию SiC к их точным требованиям, что позволяет добиться дополнительной эффективности и конкурентных преимуществ. Это особенно актуально для специализированных деталей оборудования для производства полупроводников (патронов, колец, суспензоров) и подложек для современных устройств или эпитаксиальных слоев.

Преимущества индивидуальных решений на основе SiC в полупроводниковой сфере включают:

• Оптимизированная производительность: Пользовательские профили легирования, специфическая ориентация кристаллов или уникальные структуры эпитаксиальных слоев могут быть разработаны для улучшения характеристик устройства, таких как напряжение пробоя, сопротивление включения или скорость переключения для конкретного приложения.
• Особые геометрии и форм-факторы: Производство полупроводников включает в себя сложное оборудование, в котором такие компоненты, как SiC-суспензоры, патроны для пластин или кромочные кольца, должны соответствовать точным размерам. Изготовление на заказ обеспечивает идеальную интеграцию и оптимальную тепловую или плазменную однородность.
• Улучшенное терморегулирование: Индивидуальные теплораспределители или подложки из SiC могут быть разработаны с определенной толщиной и отделкой поверхности для максимального рассеивания тепла в мощных модулях.
• Интеграция с другими материалами: Нестандартные компоненты SiC могут быть разработаны для склеивания или интеграции с другими материалами, что облегчает сборку сложных модулей.
• Улучшенная чистота материала или его особые сорта: Для некоторых передовых применений могут потребоваться еще более высокие уровни чистоты или особые политипы SiC, которые обычно не выпускаются в виде стандартной продукции. Производство на заказ может удовлетворить эти нишевые требования.

Осознавая растущий спрос на индивидуальные решения, появились специализированные поставщики. Значительный глобальный центр такой экспертизы находится в городе Вэйфан, Китай, где расположено более 40 предприятий по производству карбида кремния различного масштаба. На долю этих предприятий приходится более 80% от общего объема производства карбида кремния в Китае. В этой динамичной экосистеме компания Sicarb Tech занимает особое место. С 2015 года мы играем важную роль во внедрении и реализации передовых технологий производства карбида кремния, оказывая значительную помощь местным предприятиям в достижении крупномасштабного производства и технологического прогресса. Наше глубокое участие позволило нам стать свидетелями появления и дальнейшего развития этого важнейшего центра SiC-индустрии.

Компания Sicarb Tech, работающая под эгидой Инновационного парка Китайской академии наук (Вэйфан) и в тесном сотрудничестве с Национальным центром трансфера технологий Китайской академии наук, использует мощный научно-технический потенциал Китайской академии наук. Мы предлагаем надежную платформу для изготовление изделий из SiC на заказкомпания располагает высококлассной профессиональной командой, специализирующейся на производстве широкого спектра компонентов SiC на заказ. Наш опыт охватывает материаловедение, технологический инжиниринг, оптимизацию конструкции и технологии тщательных измерений и оценки. Такой комплексный подход - от сырья до готовой продукции - позволяет нам удовлетворять разнообразные и сложные потребности полупроводниковой промышленности и других отраслей, обеспечивая высокое качество и конкурентоспособность решений по цене.

Обеспечение качества и тестирование компонентов SiC

Исключительные эксплуатационные характеристики устройств из карбида кремния могут быть реализованы только в том случае, если материалы и компоненты, лежащие в их основе, соответствуют строгим стандартам качества. Для полупроводниковых приложений, где даже незначительные дефекты могут привести к отказу устройства или снижению его производительности, надежный контроль качества (QA) и протоколы всестороннего тестирования являются обязательными. Менеджеры по закупкам и инженеры должны отдавать предпочтение поставщикам, которые демонстрируют непоколебимую приверженность контролю качества на протяжении всего процесса производства SiC.

Ключевые аспекты контроля качества и тестирования компонентов SiC полупроводникового класса включают в себя:

• Характеристика материала:
  • Проверка на политип: Для подтверждения правильности выбора политипа SiC (например, 4H-SiC, 6H-SiC) используются такие методы, как рамановская спектроскопия или рентгеновская дифракция (XRD).
  • Анализ чистоты: Масс-спектрометрия с тлеющим разрядом (GDMS) или вторично-ионная масс-спектрометрия (SIMS) позволяют определить следовые примеси элементов.
  • Резистивное картирование: Измерения четырехточечным зондом или методы вихревых токов отображают распределение удельного сопротивления по пластинам для обеспечения однородности легирования.
• Метрология дефектов:
  • Плотность микротрубок (MPD): Автоматизированный оптический контроль после KOH-травления или неразрушающие методы, такие как фотолюминесцентное картирование (PL) или рентгеновская топография (XRT), используются для подсчета и картирования микротрубочек.
  • Плотность дислокаций: Аналогичные методы (травление, PL, XRT) используются для количественного определения других дислокаций, таких как дислокации в базальной плоскости (BPDs) и резьбовые винтовые дислокации (TSDs).
  • Дефекты упаковки: PL-изображение особенно эффективно для выявления дефектов укладки в эпислоях.
• Оценка качества поверхности и подповерхностного слоя:
  • Шероховатость поверхности: Атомно-силовая микроскопия (АСМ) измеряет шероховатость поверхности в ангстремном или нанометровом масштабе.
  • Загрязнение поверхности: Рентгеновская флуоресценция с полным отражением (TXRF) или парофазное разложение (VPD) с последующим ICP-MS позволяют обнаружить поверхностные металлические загрязнения.
  • Подповерхностные повреждения: Такие методы, как поперечная просвечивающая электронная микроскопия (TEM) или специализированное травление, позволяют выявить слои повреждений, возникших в результате шлифовки или полировки.
• Метрология размеров:
  • Точное измерение диаметра, толщины, изгиба, перекоса и плоскостности пластин с помощью автоматизированных метрологических инструментов.
  • При изготовлении нестандартных деталей с помощью КИМ (координатно-измерительных машин) или оптической профилометрии проверяются критические размеры и допуски.
• Характеристика эпитаксиальных слоев:
  • Равномерность толщины: Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) или спектроскопическая эллипсометрия.
  • Концентрация и равномерность легирования: Измерения емкости и напряжения (CV), SIMS.
  • Морфология поверхности: Микроскопия Номарски, АСМ.
• Электрические испытания (для готовых устройств или испытательных конструкций):
  • Измерение на подложке таких параметров, как напряжение пробоя, сопротивление в состоянии покоя, ток утечки и пороговое напряжение.
  • Динамические испытания для оценки характеристик переключения.
• Контроль процессов и прослеживаемость:
  • Статистический контроль процессов (SPC) на всех этапах производства.
  • Прослеживаемость партий от сырья до готовой продукции.
  • Соответствие отраслевым стандартам (например, стандартам SEMI для пластин).

Надежные поставщики SiC вкладывают значительные средства в современное метрологическое оборудование и поддерживают строгие системы контроля качества. Они должны быть в состоянии предоставить исчерпывающие технические характеристики, сертификаты соответствия и подробные отчеты об испытаниях своей продукции. Для заказных компонентов часто бывает полезно совместно разработать план контроля качества с указанием критических параметров и методов проверки. Это гарантирует, что конечный продукт из SiC будет постоянно соответствовать высоким требованиям производства полупроводников и производительности устройств.

Тенденции будущего: SiC расширяет границы полупроводников

Влияние карбида кремния на полупроводниковую промышленность уже очень велико, но технология далеко не статична. Продолжающиеся исследования и разработки постоянно расширяют границы возможностей SiC, обещая еще более захватывающие достижения в ближайшие годы. Для предприятий, работающих в полупроводниковой, автомобильной, аэрокосмической и энергетической отраслях, слежение за этими тенденциями имеет решающее значение для обеспечения перспективности разработок и сохранения конкурентных преимуществ.

Основные тенденции развития технологии SiC включают в себя:

• Большие диаметры пластин: Переход от 150-мм (6-дюймовых) к 200-мм (8-дюймовым) SiC-подложкам идет полным ходом. Более крупные подложки значительно снижают стоимость одного элемента, делая SiC-устройства экономически более конкурентоспособными по сравнению с кремнием. Также изучается возможность использования 300-миллиметровых (12-дюймовых) SiC-подложек, хотя это сопряжено со значительными техническими трудностями.
• Улучшение качества кристаллов и уменьшение дефектов: Основное внимание по-прежнему уделяется уменьшению плотности дефектов (микротрубочек, БПД, ТСД) в SiC-подложках и эпислоях. Снижение плотности дефектов приводит к увеличению выхода устройств, повышению надежности и возможности производства более крупных и мощных SiC-чипов.
• Передовые методы эпитаксии: Инновации в CVD-процессах, включая новые прекурсоры и конструкции реакторов, направлены на повышение скорости роста, улучшение однородности на больших пластинах и более точный контроль профилей легирования и толщины слоев. Это включает в себя разработку более толстых дрейфовых слоев для сверхвысоковольтных устройств (>10 кВ).
• Новые структуры устройств:
  • SiC Trench MOSFETs: В то время как планарные SiC МОП-транзисторы широко распространены, структуры с траншейным затвором предлагают