Mikroelektronik: İçindeki SiC'nin Gücü

Giriş: Özel Silisyum Karbür ile Yarı İletken Devrimi

Daha verimli, güçlü ve kompakt elektronik sistemler arayışında, mikroelektronik endüstrisi, büyük ölçüde gelişmiş malzemelerin ortaya çıkmasıyla yönlendirilen önemli bir dönüşümün eşiğindedir. Bunlar arasında silisyum karbür (SiC), yüksek güçlü ve yüksek frekanslı uygulamalarda performansın sınırlarını yeniden tanımlama vaadiyle öne çıkmıştır. Özel silisyum karbür ürünleri sadece artan bir iyileşme değil; geleneksel silikona kıyasla benzersiz termal iletkenlik, daha yüksek kırılma elektrik alanı mukavemeti ve daha geniş bir bant aralığı sunarak temel bir değişimi temsil ederler. Bu temel özellikler, SiC'yi otomotiv ve havacılıktan yenilenebilir enerji ve telekomünikasyona kadar uzanan endüstriler için kritik olan yeni nesil mikroelektronik cihazlar için temel bir malzeme haline getirmektedir. Aşırı koşullarda üstün performans, enerji verimliliği ve operasyonel güvenilirliğe olan talep arttıkça, özel SiC bileşenlerinin rolü - belirli uygulama ihtiyaçlarına göre uyarlanmış - giderek daha hayati hale gelmektedir. Bu blog yazısı, mikroelektronikte silisyum karbürün dönüştürücü gücünü incelerken, uygulamalarını, avantajlarını, tasarım hususlarını ve rekabetçi bir ortamda önde kalmayı hedefleyen üreticiler için güvenilir bir SiC tedarikçisini vazgeçilmez kılan faktörleri incelemektedir. Mühendislerin, satın alma yöneticilerinin ve teknik alıcıların cihaz performansında ve sistem verimliliğinde yeni olanakların kilidini açmak için giderek daha fazla uzmanlığa nasıl yöneldiğini inceleyeceğiz. özel SiC çözümleri cihaz performansında ve sistem verimliliğinde yeni olanakların kilidini açmak için.

Silisyum karbürün niş bir malzemeden modern mikroelektroniğin temel taşına uzanan yolculuğu, olağanüstü özelliklerinin bir kanıtıdır. Daha yüksek sıcaklıklarda, voltajlarda ve frekanslarda çalışma yeteneği, daha önce silikon tabanlı teknolojilerle ulaşılamayan yeniliklerin kapılarını açar. Yarı iletken üretimi, güç elektroniği ve ötesindeki işletmeler için, özel SiC'nin yeteneklerini anlamak ve bunlardan yararlanmak artık isteğe bağlı değil, gelecekteki büyüme ve teknolojik liderlik için stratejik bir zorunluluktur.

Mikroelektronikte SiC'nin Genişleyen Rolü: Çeşitli Uygulamalar

Silisyum karbürün benzersiz elektronik ve termal özellikleri, çeşitli mikroelektronik uygulamalarda benimsenmesini hızlandırmış, gücün nasıl yönetildiği, dönüştürüldüğü ve kontrol edildiği konusunda temel değişiklikler yaratmıştır. Üstün performans özellikleri, özellikle yüksek talep gören sektörlerde etkilidir.

• Güç Elektroniği: MOSFET'ler, Schottky diyotları ve güç modülleri gibi SiC tabanlı cihazlar, güç dönüşümünde devrim yaratıyor. Önemli ölçüde daha yüksek anahtarlama frekansları ve çalışma sıcaklıkları sağlarlar, bu da daha küçük, daha hafif ve daha verimli güç kaynaklarına, invertörlere ve dönüştürücülere yol açar. Bu, elektrikli araçlar (EV'ler), yenilenebilir enerji sistemleri (güneş ve rüzgar invertörleri) ve endüstriyel motor tahrikleri için kritiktir. Talebi SiC güç cihazları hızla artıyor.
• Otomotiv Endüstrisi: EV güç aktarma organlarının (invertörler, yerleşik şarj cihazları, DC-DC dönüştürücüler) ötesinde, SiC, gelişmiş araç performansı, menzili ve güvenilirliğine katkıda bulunarak çeşitli otomotiv sensörlerinde ve yüksek sıcaklık elektroniğinde kullanılmaktadır.
• Havacılık ve Savunma: SiC'nin zorlu ortamlara - yüksek sıcaklıklara, radyasyona ve mekanik strese - dayanma yeteneği, onu havacılık ve savunma uygulamaları için ideal hale getirir. Bu, uydular, radar sistemleri ve güvenilirliğin ve performansın en önemli olduğu aviyonik sistemler için güç sistemlerini içerir. Yüksek sıcaklık SiC elektroniği burada çok önemlidir.
• Yenilenebilir Enerji: SiC invertörler, güneş ve rüzgar enerjisi dönüşümünün verimliliğini artırmanın, güç çıkışını en üst düzeye çıkarmanın ve sistem maliyetlerini düşürmenin anahtarıdır. Sağlamlıkları ayrıca zorlu dış mekan koşullarında daha uzun çalışma ömürlerine katkıda bulunur.
• Telekomünikasyon: 5G ve gelecekteki iletişim teknolojilerinde, SiC, baz istasyonları ve diğer altyapı bileşenleri için daha iyi performans ve termal yönetim sunan radyo frekansı (RF) güç amplifikatörlerinde ve yüksek frekanslı cihazlarda kullanılır.
• Endüstriyel İmalat: Yüksek güçlü SiC cihazlar, indüksiyonlu ısıtma sistemleri, kaynak güç kaynakları ve kesintisiz güç kaynakları (UPS) dahil olmak üzere endüstriyel ekipmanların verimliliğini artırarak enerji tasarrufu ve gelişmiş üretkenliğe yol açar. Fırın Sistemlerinde Silisyum Karbürün Temel Uygulamaları standart hale geliyor.
• LED Üretimi: GaN-on-SiC yaygın olsa da, SiC alt tabakaların kendileri termal özellikleri nedeniyle bir rol oynayarak yüksek parlaklıklı LED'lerin uzun ömürlülüğüne ve performansına katkıda bulunur.
• Yüksek Sıcaklık Sensörleri: SiC'nin aşırı sıcaklıklardaki kararlılığı, silikon tabanlı sensörlerin başarısız olacağı yanmalı motorlar, türbinler ve endüstriyel proses izleme gibi ortamlarda çalışabilen sensörlerin geliştirilmesini sağlar.

Entegrasyonu özel silisyum karbür gofretlerin ve epitaksi, bu uygulamalar için temeldir ve her bir kullanım durumunun özel taleplerini karşılamak için malzeme özelliklerinin hassas bir şekilde uyarlanmasını sağlar. Teknoloji geliştikçe, mikroelektronikte SiC'nin uygulamalarının daha da genişlemesi, çok sayıda endüstride yeniliği ve verimliliği artırması bekleniyor.

Özel SiC'nin Mikroelektroniği Nasıl Devrimleştirdiği

Mikroelektronikte özel silisyum karbür çözümlerine geçiş sadece bir trend değil; elektronik cihazlarda ve sistemlerde daha yüksek performans, artan verimlilik ve gelişmiş güvenilirlik talebine stratejik bir yanıttır. Hazır bileşenler genel faydalar sağlayabilir, ancak özel SiC imalatı mühendislerin, malzemenin özelliklerini ve tasarımını belirli, genellikle zorlu, uygulama gereksinimlerine göre uyarlayarak malzemenin tüm potansiyelini ortaya çıkarmasını sağlar.

Bu devrimi yönlendiren temel avantajlar şunlardır:

• Optimize Edilmiş Termal Yönetim: SiC, silikondan yaklaşık üç kat daha yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir. Özel SiC bileşenleri, ısı dağılımını en üst düzeye çıkaran belirli geometriler ve entegrasyon özellikleriyle tasarlanabilir. Bu, yüksek güç yoğunluklu uygulamalar için çok önemlidir ve cihazların daha serin çalışmasını, hantal soğutma sistemlerine olan ihtiyacı azaltmasını ve çalışma ömrünü uzatmasını sağlar. Örneğin, özel ısı yayıcılar veya alt tabakalar, belirli bir güç modülünün termal profiline göre uyarlanabilir.
• Gelişmiş Elektriksel Performans:
  • Daha Yüksek Gerilimde Çalışma: SiC'nin kırılma elektrik alanı, silikonun yaklaşık on katıdır. Özelleştirme, cihaz yapıları (örneğin, belirli doping profilleri, SiC MOSFET'ler) direnç veya anahtarlama hızından ödün vermeden çok yüksek voltaj değerleri için optimize edilmiştir.
  • Daha Yüksek Anahtarlama Frekansları: SiC cihazlar, silikon muadillerine göre çok daha hızlı anahtarlama yapabilir, bu da daha küçük pasif bileşenlere (indüktörler, kapasitörler) ve dolayısıyla daha kompakt ve daha hafif sistemlere yol açar. Özel tasarımlar, optimum anahtarlama performansı için kapı özelliklerini ince ayarlayabilir ve parazitik kapasitansları azaltabilir.
  • Daha Düşük Enerji Kayıpları: Daha geniş bant aralığı ve daha düşük açık direnç (R_DS(on)) SiC cihazların, önemli ölçüde azaltılmış iletim ve anahtarlama kayıplarına dönüşür. Özelleştirme, belirli bir çalışma noktasında kalıp boyutunu, aktif alanı ve iç yapıları optimize ederek bu kayıpları daha da en aza indirebilir.
• Artan Güç Yoğunluğu: Üstün termal ve elektriksel özelliklerin kombinasyonu, çok daha yüksek bir güç yoğunluğuna olanak tanır. Özel SiC bileşenleri, elektrikli araçlar, taşınabilir güç sistemleri ve kompakt endüstriyel tahrikler gibi uygulamalarda kritik bir faktör olan daha küçük paketlerde daha güçlü cihazların tasarlanmasını sağlar.
• Zorlu Ortamlarda Geliştirilmiş Güvenilirlik: SiC'nin doğal sağlamlığı, 200°C'yi aşan sıcaklıklarda güvenilir bir şekilde çalışabileceği ve radyasyona daha dirençli olduğu anlamına gelir. Özelleştirme, havacılık, sondaj veya ağır endüstriyel uygulamalar için bu direnci daha da artıran belirli paketleme çözümlerini veya malzeme bileşimlerini içerebilir.
• Uygulamaya Özel Form Faktörleri: Tüm uygulamalar standart bileşen boyutlarını veya şekillerini barındıramaz. Özel SiC parçaları karmaşık veya alan kısıtlı sistemlere sorunsuz bir şekilde entegre etmek için benzersiz geometrilerde, kalınlıklarda ve belirli metalizasyon veya arayüz katmanlarıyla üretilebilir. Bu, özel boyutlu gofretleri, benzersiz şekilli alt tabakaları veya entegre sensör elemanlarını içerir.
• Sistem Düzeyinde Azaltılmış Maliyetler: SiC malzemenin kendisi silikondan daha pahalı olabilse de, özel SiC çözümleri genellikle daha düşük genel sistem maliyetlerine yol açar. Bu, artan verimlilik (daha az enerji israfı), azaltılmış soğutma gereksinimleri, daha küçük çevre bileşenleri ve daha az bakımla daha uzun sistem ömrü ile elde edilir.

Şirketler, özel silisyum karbür seçerek, yalnızca daha verimli ve güvenilir değil, aynı zamanda hedef pazarlarının benzersiz zorlukları için özel olarak optimize edilmiş ürünler geliştirerek önemli bir rekabet avantajı elde edebilirler. Bu özel yaklaşım, mikroelektronik tasarımını ve performansını gerçekten devrimleştiren şeydir.

Mikroelektronik Uygulamaları için Temel SiC Malzeme Sınıfları

Mikroelektronikte silisyum karbürün olağanüstü performansı, her biri farklı kristal yapılar ve elektronik özelliklere sahip çeşitli polimorflarına dayanmaktadır. SiC sınıfının seçimi kritiktir ve büyük ölçüde belirli uygulama gereksinimlerine bağlıdır. Mikroelektronik cihazlar için en belirgin polimorflar 4H-SiC ve 6H-SiC'dir; Lely büyütmeli ve Van Arkel (CVD) SiC genellikle büyüme yöntemlerine veya özel yüksek saflıkta formlara atıfta bulunur.

SiC Politipleri/Kalitesi	Anahtar Özellikler	Birincil Mikroelektronik Uygulamaları	Dikkate Alınması Gerekenler
4H-SiC (Altıgen)	Daha geniş bant aralığı (~3,26 eV) Daha yüksek elektron hareketliliği (özellikle c eksenine dik) İzotropik elektron hareketliliği Daha düşük doping anizotropisi	Yüksek güçlü, yüksek frekanslı cihazlar: MOSFET'ler Schottky Bariyer Diyotları (SBD'ler) Kavşak Kapı Alan Etkili Transistörler (JFET'ler) Bipolar Kavşak Transistörleri (BJT'ler) Entegre Devreler (IC'ler) Çoğu modern güç cihazı için tercih edilir.	Üstün elektron hareketliliği nedeniyle dikey güç cihazları için baskın seçim. Daha yüksek bazal düzlem dislokasyon (BPD) yoğunluğuna sahip olabilir, ancak gelişmeler bunu azaltmaktadır. Yüksek kaliteli gerektirir Si en uygun cihaz performansı için.
6H-SiC (Altıgen)	Band aralığı (~3,03 eV) Tarihsel olarak daha olgun teknoloji Anizotropik elektron hareketliliği	Tarihsel olarak şunlar için kullanılmıştır: Mavi LED'ler (bir alt tabaka olarak) Bazı yüksek frekanslı MESFET'ler Erken güç cihazı geliştirme Artık yeni güç cihazı tasarımları için daha az yaygın.	4H-SiC'ye kıyasla daha düşük elektron hareketliliği ve daha yüksek anizotropi, onu yüksek performanslı güç anahtarlaması için daha az ideal hale getirir. Ancak, teknolojisi belirli alt tabaka uygulamaları için iyi kurulmuştur.
3C-SiC (Kübik)	Daha küçük bant aralığı (~2,36 eV) İzotropik özellikler Potansiyel olarak büyük çaplı silikon alt tabakalar üzerinde büyütülebilir (heteroepitaksi)	Araştırma ve niş uygulamalar: Sensörler MEMS Si üzerinde büyütme zorluklarının üstesinden gelinirse, daha düşük maliyetli SiC cihazları potansiyeli.	Silikon üzerinde yüksek kaliteli, kalın 3C-SiC katmanlarının büyütülmesi, kafes ve termal genleşme uyumsuzlukları nedeniyle zorludur ve yüksek kusur yoğunluklarına yol açar. Henüz ana akım güç elektroniği için yaygın olarak benimsenmemiştir.
Yüksek Saflıkta Yarı Yalıtkan (HPSI) SiC	Çok yüksek dirençlilik (>105 Ω·cm) Genellikle 4H-SiC veya 6H-SiC polimorfu Düşük arka plan safsızlık seviyeleri	Şunlar için alt tabakalar: RF güç amplifikatörleri (örneğin, GaN-on-SiC HEMT'ler) Yüksek frekanslı cihazlar Mükemmel termal iletkenlik ve elektriksel yalıtım gerektirir.	Alt tabaka kayıplarını en aza indirmek ve cihaz yalıtımını sağlamak için RF uygulamaları için kritiktir. Yarı yalıtkan özellikler elde etmek için vanadyum katkısı veya içsel kusur mühendisliği kullanılır. Kalitesi yüksek saflıkta SiC alt tabakaları inceliklerini anlamak çok önemlidir.

Bu polimorf tiplerinin ötesinde, özellikle gofret formundaki SiC malzemesinin kalitesi çok önemlidir. Bu şunları içerir:

• Mikro Boru Yoğunluğu (MPD): Bunlar, özellikle yüksek güçlü uygulamalarda cihaz katili olabilen vida dislokasyon kusurlarıdır. Modern SiC gofretleri sıfıra yakın mikropipe yoğunluğunu hedeflemektedir.
• Bazal Düzlem Dislokasyon (BPD) Yoğunluğu: BPD'ler epitaksiyel katmana yayılabilir ve özellikle bipolar cihazlar için cihaz performansını ve güvenilirliğini etkileyebilir.
• Yığılma Kusurları: Bunlar, PiN diyotlarının ve BJT'lerin açık durum voltajını zamanla artırabilir.
• Yüzey Kalitesi ve Düzlüğü: Sonraki epitaksiyel büyüme ve fotolitografi işlemleri için gereklidir.

Uygun SiC sınıfını seçmek ve yüksek malzeme kalitesini sağlamak, güvenilir ve verimli mikroelektronik cihazlar üretmenin temel adımlarıdır. Satın alma yöneticileri ve teknik alıcılar için, doğru sınıfı belirtmek ve malzeme kusurlarının sonuçlarını anlamak, özel SiC gofretleri veya alt tabakalar.

SiC Tabanlı Mikroelektronik için Kritik Tasarım Hususları

Silisyum karbür ile mikroelektronik cihazlar ve sistemler tasarlamak, benzersiz avantajlarından yararlanırken potansiyel zorlukları azaltan nüanslı bir yaklaşım gerektirir. Mühendisler, yüksek güçlü, yüksek sıcaklıklı ve yüksek frekanslı uygulamalar için SiC'nin yeteneklerinden tam olarak yararlanmak üzere cihaz seviyesinden sistem entegrasyonuna kadar çeşitli kritik faktörleri dikkate almalıdır.

• Cihaz Mimarisi Optimizasyonu:
  • MOSFET'ler: Kapı oksit güvenilirliği (SiO₂/SiC arayüzü) önemli bir endişedir. Arayüz tuzak yoğunluğu (D_it) kanal hareketliliğini ve eşik voltajı kararlılığını etkiler. Pasivasyon teknikleri, kapı oksit malzemeleri ve tavlama işlemleri kritiktir. Hendek MOSFET'lerdeki JFET bölgesinin veya düzlemsel MOSFET'lerdeki hücre aralığının tasarımı R'yi etkiler_DS(on) ve kısa devre dayanma süresi.
  • Diyotlar: Schottky diyotları için, ileri voltaj düşüşünü ve ters kaçak akımı dengelemek için bariyer yüksekliği mühendisliği önemlidir. Birleşim Yeri Bariyerli Schottky (JBS) ve Birleştirilmiş PiN Schottky (MPS) tasarımları, ani akım kapasitesini artırır ve kaçak akımı azaltır. PiN diyotları için, yığın arızası genişlemesi nedeniyle bipolar bozulmayı yönetmek çok önemlidir.
  • Kenar Sonlandırma: SiC'nin yüksek kırılma alanından dolayı, cihaz çevrelerinde erken kırılmayı önlemek ve teorik blokaj voltajlarına ulaşmak için etkili kenar sonlandırma yapıları (örneğin, Birleşim Yeri Sonlandırma Uzantıları (JTE), alan plakaları, koruma halkaları) gereklidir. Bu yapıları belirli voltaj sınıfları için özelleştirmek hayati öneme sahiptir.
• Katkılama Profili Mühendisliği: Sürüklenme katmanlarında, kanal bölgelerinde ve temas katmanlarında katkılama konsantrasyonları (n-tipi ve p-tipi) üzerinde hassas kontrol temeldir. SiC'deki bazı katkı maddelerinin yüksek aktivasyon enerjileri, yüksek sıcaklıkta tavlama gerektirir. İçin özel SiC çözümleri, belirli katkılama profilleri, kırılma voltajı, açık direnç ve anahtarlama hızı gibi cihaz özelliklerini optimize etmek için talep edilebilir.
• Termal Yönetim Stratejisi: SiC mükemmel termal iletkenliğe sahip olsa da, elde edilebilen yüksek güç yoğunlukları, kalıp, paket ve sistem seviyesinde termal yönetimin kritik olmaya devam ettiği anlamına gelir. Tasarım hususları arasında kalıp ekleme malzemeleri, alt tabaka seçimi (örneğin, doğrudan yapıştırılmış bakır, aktif metal lehimleme) ve ısı emici tasarımı bulunur. Termal modelleme ve simülasyon esastır.
• SiC MOSFET'ler için Kapı Sürücü Tasarımı: SiC MOSFET'ler tipik olarak düşük R'yi sağlamak ve parazitik açılmayı önlemek için belirli kapı sürüş voltajları (örneğin, açma için +20V, kapatma için -2V ila -5V) gerektirir_DS(on) ve parazitik açılmayı önlemek. Hızlı anahtarlama hızları, halka ve aşımını en aza indirmek için yüksek akım kaynak/batırma kapasitesine ve kapı döngüsünde düşük parazitik endüktansa sahip kapı sürücüleri gerektirir.
• Parazitik Endüktans ve Kapasitansın Yönetimi: SiC cihazlarının hızlı dV/dt ve dI/dt oranları, paket ve PCB düzenindeki parazitik endüktans ve kapasitans sorunlarını şiddetlendirebilir ve voltaj aşımına, halkaya ve EMI'ye yol açabilir. Dikkatli düzen, döngü alanlarını en aza indirmek ve uygun ayırma kapasitörleri kullanmak çok önemlidir. İçin gelişmiş paketleme çözümleri SiC güç modülleri bu parazitleri en aza indirmeye odaklanın.
• Kısa Devre Koruması: SiC MOSFET'ler, belirli bir akım derecesi için daha küçük kalıp boyutları nedeniyle genellikle silikon IGBT'lere kıyasla daha düşük kısa devre dayanma süresine sahiptir. Sağlam ve hızlı hareket eden kısa devre algılama ve koruma mekanizmaları hayati öneme sahiptir.
• Malzeme Kalitesi ve Kusurlar: Tasarım, uzun vadeli güvenilirliği etkileyebilecek BPD'ler ve yığın arızaları gibi malzeme kusurlarının varlığını hesaba katmalıdır. Cihaz tasarımları, bu kusurların etkisini azaltmak için özellikler içerebilir veya SiC alt tabakalar için katı malzeme özellikleri gereklidir.
• Maliyet ve Performans Arasındaki Değişimler: SiC üstün performans sunarken, genellikle silikondan daha pahalıdır. Tasarımcılar, performans kazanımlarını maliyet etkileriyle dengelemek için bilinçli kararlar almalı, genel sistem faydalarını dikkate almalıdır. Özelleştirme, maliyeti etkili bir şekilde yönetmek için belirli bir akım derecesi için kalıp boyutunu optimize etmeyi içerebilir.

Bu tasarım hususlarını etkili bir şekilde ele almak, SiC cihaz fiziği, imalat süreçleri ve uygulama gereksinimleri konusunda derin uzmanlık gerektirir. Deneyimli kişilerle işbirliği teknik seramik tedarikçilerinin ve SiC uzmanları, tasarımları optimize etmek için değerli bilgiler sağlayabilir.

Hassasiyet Elde Etme: SiC Mikroelektroniğinde Tolerans, Yüzey İşlemi ve Gofret Kalitesi

Silisyum karbür mikroelektroniği alanında, hassasiyet sadece bir hedef değil; işlevsellik ve güvenilirlik için temel bir gerekliliktir. SiC gofretlerin, alt tabakaların ve özel bileşenlerin üretimi, boyutsal toleranslar, yüzey işlemleri ve genel malzeme kalitesi üzerinde son derece sıkı kontrol gerektirir. Bu faktörler, epitaksiyel büyüme, fotolitografi, cihaz imalatı ve sonuç olarak SiC tabanlı cihazların performansı ve verimi gibi sonraki işlemleri doğrudan etkiler.

Boyutsal Toleranslar:

• Gofret Çapı ve Kalınlığı: Standart SiC gofretler 100 mm, 150 mm ve giderek artan bir şekilde 200 mm gibi çaplarda gelir. Kaliteli gofretler için kalınlık toleransları tipik olarak birkaç mikrometre (µm) içindedir. İçin özel SiC parçalar, özel kalınlıklar veya çap değişiklikleri gerekebilir ve hassas kesme ve taşlama yetenekleri gerektirir.
• Düzlük (TTV, Yay, Çarpılma): Toplam Kalınlık Değişimi (TTV), yay ve çarpılma, özellikle doğru desen aktarımı için çok düz bir yüzeye ihtiyaç duyulan fotolitografi için kritik parametrelerdir. TTV genellikle kaliteli gofretler için ≤ 5 µm aralığında belirtilir.
• Kenar Profili ve Hariç Tutma Bölgesi: Hassas bir şekilde şekillendirilmiş gofret kenarları, yontma ve partikül oluşumunu en aza indirir. Cihazların üretilmediği kenar hariç tutma bölgesi (tipik olarak 1-3 mm) de iyi tanımlanmalıdır.
• Yönlendirme Düzlükleri/Çentikleri: Bunlar, tutarlı cihaz performansı için otomatik gofret işleme ve kristalografik yönelim hizalaması için kritiktir. Boyutları ve açıları üzerindeki toleranslar sıkıdır.

Yüzey Kaplaması ve Kalitesi:

• Yüzey Pürüzlülüğü (Ra, Rq, Rz): Yüksek kaliteli epitaksiyel büyüme için atomik olarak pürüzsüz bir yüzey gereklidir. Epiye hazır SiC gofretler için tipik yüzey pürüzlülüğü (Ra) angstrom aralığındadır (örneğin, < 0,5 nm veya hatta < 0,2 nm). Bu, titiz kimyasal-mekanik parlatma (CMP) ile elde edilir.
• Yüzey Altı Hasarı: Taşlama, laplama ve parlatma işlemleri yüzey altı hasara neden olabilir. Bu hasarlı katman, üzerindeki epitaksiyel katmanların optimum elektriksel özelliklerini sağlamak için CMP tarafından tamamen çıkarılmalıdır.
• Çizikler, Çukurlar ve Lekeler: Yüzey, cihaz imalatına müdahale edebilecek ve daha fazla kusur için çekirdeklenme alanları olarak görev yapabilecek çizikler, çukurlar ve lekeler gibi görsel kusurlardan arındırılmalıdır. Bu tür kusurları sınıflandırmak ve saymak için otomatik inceleme sistemleri kullanılır.
• Partikül Kirliliği: Gofret yüzeyindeki partikül kirliliğini en aza indirmek için sıkı temiz oda protokolleri ve gelişmiş temizleme teknikleri kullanılır. Partikül özellikleri genellikle birim alan başına boyut ve sayı ile tanımlanır.

Gofret Kalitesi (Malzeme Bütünlüğü):

• Kristalinite ve Polimorf Tekdüzeliği: Tüm gofret boyunca tutarlı bir polimorf (örneğin, 4H-SiC) sağlamak ve diğer polimorfların veya yanlış yönlendirilmiş taneciklerin varlığını en aza indirmek çok önemlidir. Doğrulama için X-ışını kırınımı (XRD) kullanılır.
• Kusur Yoğunluğu:
  • Mikro Boru Yoğunluğu (MPD): Belirtildiği gibi, bu mümkün olduğunca sıfıra yakın olmalıdır (örneğin, < 0,1 cm^-2 yüksek kaliteli ticari gofretler için).
  • Bazal Düzlem Dislokasyon (BPD) Yoğunluğu: Hedef değerler tipik olarak < 500 cm^-2 veya daha düşük, uygulamaya bağlı olarak.
  • Diş Açma Vida Dislokasyonları (TSD) ve Diş Açma Kenar Dislokasyonları (TED): Bunlar da cihaz performansını etkiler ve dikkatle kontrol edilir.
• Dirençliliğin Tekdüzeliği: İletken veya yarı yalıtkan alt tabakalar için, tutarlı cihaz davranışı sağlamak üzere dirençlilik gofret boyunca tekdüze olmalıdır. Bu, HPSI SiC için girdap akımı haritalama veya kapasitans-voltaj (C-V) ölçümleri gibi teknikler kullanılarak doğrulanır.

Bu sıkı özellikleri elde etmek, gelişmiş üretim süreçleri, gelişmiş metroloji araçları ve titiz kalite kontrol sistemleri gerektirir. Teknik alıcılar ve satın alma yöneticileri için, sipariş verirken bu parametreleri açıkça tanımlamak esastır. SiC gofretler veya özel bileşenler. Hassas işleme, parlatma ve kusur karakterizasyonunda güçlü bir yetenek sergileyen bir tedarikçi ile ortaklık kurmak, başarılı SiC mikroelektronik cihaz imalatı için çok önemlidir. Hassasiyet gereksinimlerinizi nasıl karşılayabileceğimizi görmek için özelleştirme desteğimiz hakkında daha fazla bilgi edinin. uygulamanızın gerektirdiği hassas özellikleri elde etmek için.

SiC Mikroelektronik Cihazlar için Esas Olan Son İşlem

Temel silisyum karbür cihaz yapıları (MOSFET'ler veya diyotlar gibi) gofret üzerinde üretildikten sonra, bu yapıları işlevsel, güvenilir ve paketlenebilir cihazlara dönüştürmek için çeşitli kritik işlem sonrası adımlar gereklidir. Bu adımlar, SiC'nin ve amaçlanan uygulamanın özel gereksinimlerine göre uyarlanmıştır ve genellikle özel teknikler ve ekipmanlar gerektirir.

• Arka Taraf İşleme:
  • Arka Taşlama/İnceltme: Gofretler genellikle başlangıç kalınlıklarından (örneğin, 350-500 µm) güç cihazları için 100-200 µm'ye veya daha da altına inceltilir. Bu, termal direnci ve açık durum direncini (V_F veya R_DS(on)). Gofret bütünlüğünü ve düzlüğünü korumak için hassas taşlama esastır.
  • Arka Yüzey Metallizasyonu: İnceltmeden sonra, kalıp temasını (dikey MOSFET'ler için) veya katot temasını (diyotlar için) oluşturmak üzere go
• Yonga Dilimleme/Tekilleştirme: Bireysel kalıplar yongadan ayrılır. SiC'nin sertliği ve kırılganlığı nedeniyle bu zorlu bir adımdır.
  • Bıçakla Dilimleme: Elmasla emprenye edilmiş bıçaklar yaygın olarak kullanılır ancak yontulmaya veya mikro çatlaklara neden olabilir. Bıçak tipi, mil hızı ve kesme sıvısının optimizasyonu kritik öneme sahiptir.
  • Lazerle Dilimleme/Ablasyon: Lazerle dilimleme, mekanik stresi ve yontulmayı azaltabilen temassız bir yöntem sunar. Gizli dilimleme (dahili yonga modifikasyonunu takiben kırma) veya ablasyon kesme seçeneklerdir.
  • Plazma Dilimleme: Özellikle ince yongalar veya karmaşık kalıp şekilleri için çipsiz dilimleme sağlayabilen kuru bir aşındırma işlemidir.
• Yongayı Ekleme: Tekilleştirilmiş SiC kalıplar bir kurşun çerçeveye, alt tabakaya (örneğin, Doğrudan Bağlı Bakır – DBC veya Modüller için Aktif Metal Lehimli – AMB alt tabakası) veya paket tabanına tutturulur.
  • Sinterleme: Gümüş (Ag) sinterleme, yüksek termal iletkenliği, yüksek erime noktası ve termal döngü altında güvenilirliği nedeniyle SiC için giderek daha popüler hale gelmektedir. Bu, SiC cihazlarından gelen yüksek ısı akışını yönetmek için çok önemlidir.
  • Lehimleme: Geleneksel lehimler (örneğin, AuSn, SAC alaşımları) kullanılabilir, ancak sinterlenmiş gümüşe kıyasla daha düşük erime noktaları ve yorulma dirençleri, yüksek sıcaklıklı uygulamalarda performansı sınırlayabilir.
  • Epoksi Kalıp Bağlantısı: İletken epoksiler, daha düşük güçlü uygulamalar veya arka taraftan elektriksel izolasyonun gerekli olduğu yerler için kullanılabilir.
• Tel Bağlama/Ara Bağlantılar: Elektriksel bağlantılar, SiC kalıbındaki üst taraftaki pedlerden (MOSFET'ler için kaynak ve kapı, diyotlar için anot) paket uçlarına veya alt tabakaya yapılır.
  • Alüminyum (Al) Tel Bağlama: Kalın Al telleri (100-500 µm), yüksek akım taşıma kapasiteleri nedeniyle güç cihazları için yaygındır. Ultrasonik kama bağlama tipik olarak kullanılır.
  • Bakır (Cu) Tel Bağlama: Daha iyi elektriksel ve termal iletkenlik ve geliştirilmiş güvenilirlik sunar, ancak işlenmesi daha zordur.
  • Şerit Bağlama: Al veya Cu şeritler, yuvarlak tellere göre daha düşük döngü endüktansı ve daha yüksek akım kapasitesi sunabilir.
  • Flip-Chip veya Lehim Tümsekleri: Gelişmiş paketleme için, özellikle RF cihazları veya yüksek yoğunluklu modüller için, flip-chip bağlama parazitleri azaltabilir.
• Pasivasyon ve Kapsülleme:
  • Yüzey Pasifleştirme: Geliştirilmiş nem, kirletici maddeler ve elektriksel ark koruması için, özellikle yüksek voltajlı cihazlar için, cihaz yüzeyine (bağlantı pedleri hariç) ek dielektrik katmanlar (örneğin, poliimid, silisyum nitrür) uygulanabilir.
  • Kapsülleme/Kalıplama: Monte edilmiş cihaz, mekanik koruma, çevresel sızdırmazlık ve elektriksel yalıtım sağlamak için bir kalıplama bileşiği (örneğin, epoksi bazlı) içinde kapsüllenir. Ayrık paketler için transfer kalıplama yaygındır, modüller için ise jel dolgular veya saksı kullanılabilir. Kapsülleme maddesi seçimi, SiC'nin yüksek çalışma sıcaklıklarını dikkate almalıdır.
• Test ve Yakma: Cihazların spesifikasyonları karşıladığından emin olmak için son elektriksel testler yapılır. Erken arızaları elemek ve SiC mikroelektronik cihazlarının uzun vadeli güvenilirliğini sağlamak için yakma veya Yüksek Sıcaklık Ters Önyargı (HTRB) testi yapılabilir..

Bu işlem sonrası adımların her biri, SiC malzemelerinin doğal avantajlarını korumak ve nihai ürünün kalitesini ve güvenilirliğini sağlamak için dikkatlice optimize edilmelidir. Bu özel işleme, uzmanlığa duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır. i̇leri̇ serami̇k üreti̇mi̇ w