SiC Teknolojisi ile Beslenen Yarı İletken Evrimi

Yarı iletken endüstrisi, daha küçük, daha hızlı ve daha verimli elektronik cihazlara yönelik amansız talep nedeniyle sürekli bir evrim halindedir. Geleneksel silikon tabanlı teknolojiler teorik sınırlarına yaklaşırken, performansın sınırlarını zorlamak için yeni malzemeler ortaya çıkıyor. Bunlar arasında Silisyum Karbür (SiC), özellikle yüksek güçlü, yüksek frekanslı ve yüksek sıcaklıklı uygulamalar için dönüştürücü bir malzeme olarak öne çıkmıştır. Bu blog yazısı, SiC'nin devam eden yarı iletken evrimindeki önemli rolünü, avantajlarını, uygulamalarını ve özel SiC bileşenlerinin tedarikiyle ilgili hususları incelemektedir.

Dönüşümdeki Yarı İletken Manzarası

Onlarca yıldır silikon (Si), yarı iletken endüstrisinin tartışmasız iş atı olmuştur. Ancak, elektrikli araçlardan 5G altyapısına ve yenilenebilir enerji sistemlerine kadar modern uygulamalarda artan güç yoğunlukları, çalışma frekansları ve zorlu çevresel koşullar, silikonun sınırlamalarını ortaya koymaktadır. Silikondaki kırılma gerilimi, termal iletkenlik ve elektron hareketliliği gibi parametreler, uygulanabilir maksimumlarına kadar zorlanmaktadır. İşte geniş bant aralıklı (WBG) yarı iletkenler, özellikle Silisyum Karbür'ün sahneye girdiği yer burasıdır. SiC, doğrudan yarı iletken cihazlarda önemli performans iyileştirmelerine dönüşen üstün malzeme özellikleri sunarak, yeni bir güç elektroniği ve gelişmiş yarı iletken sistemleri çağının habercisidir. SiC'ye geçiş sadece artan bir yükseltme değildir; çok sayıda sektörde tamamen yeni yetenekler ve verimlilikler sağlayan temel bir değişikliktir.

SiC'nin Yarı İletkenler İçin Neden Oyunun Kurallarını Değiştirdiği

Silisyum Karbür'ün yarı iletken endüstrisindeki öne çıkması tesadüfi değildir; geleneksel silikonun çok ötesinde cihaz performansı sağlayan olağanüstü malzeme özelliklerinin doğrudan bir sonucudur. Bu avantajlar, yeni nesil güç elektroniği ve yüksek performanslı sistemler oluşturmak isteyen mühendisler ve tasarımcılar için kritik öneme sahiptir.

• Daha Yüksek Delinme Elektrik Alanı: SiC, silikondan yaklaşık on kat daha yüksek bir kırılma elektrik alanına sahiptir. Bu, SiC cihazlarının çok daha ince bir katmanda önemli ölçüde daha yüksek voltajları engellemesini sağlayarak, belirli bir voltaj derecesi için daha küçük cihaz boyutlarına ve daha düşük açık durum direncine yol açar. Bu, yüksek voltajlı güç dönüşümü ve dağıtımı için çok önemlidir.
• Üstün Termal İletkenlik: SiC, silikondan yaklaşık üç kat daha iyi termal iletkenlik sergiler. Bu, SiC cihazlarının ısıyı daha etkili bir şekilde dağıtmasını sağlayarak, hantal soğutma sistemlerine ihtiyaç duymadan daha yüksek sıcaklıklarda ve güç yoğunluklarında çalışmalarını sağlar. Bu özellik, güvenilirliği artırır ve sistem boyutunu ve maliyetini azaltır.
• Daha Geniş Bant Aralığı: SiC, silikondan yaklaşık üç kat daha geniş bir bant aralığına sahiptir (örneğin, 4H-SiC için ~3,2 eV'ye karşı Si için 1,1 eV). Bu daha geniş bant aralığı, özellikle yüksek sıcaklıklarda daha düşük kaçak akımlara neden olur ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarına izin verir - genellikle silikonun tipik 150°C sınırına kıyasla 200°C'yi aşar.
• Daha Yüksek Elektron Doymuş Sürüklenme Hızı: SiC, silikondan yaklaşık iki kat daha yüksek bir doygun elektron sürüklenme hızını destekler. Bu özellik, SiC cihazlarının daha yüksek anahtarlama frekanslarında çalışmasını sağlayarak, güç dönüştürücü sistemlerde daha küçük pasif bileşenlere (indüktörler, kapasitörler) yol açar, böylece güç yoğunluğunu artırır ve sistem hacmini azaltır.
• Gelişmiş Radyasyona Dayanıklılık: SiC'deki güçlü atomik bağlar, onu silikona kıyasla radyasyon hasarına karşı doğası gereği daha dirençli hale getirir. Bu, SiC cihazlarını, radyasyon toleransının kritik bir gereklilik olduğu havacılık, savunma ve nükleer enerji uygulamaları için son derece uygun hale getirir.

Bu içsel faydalar, SiC cihazlarının, özellikle zorlu uygulamalarda, silikon muadillerinden daha küçük, daha hızlı, daha verimli ve daha güvenilir olabileceği anlamına gelir. Bu, satın alma yöneticileri ve teknik alıcılar için azaltılmış sistem maliyetleri, geliştirilmiş enerji verimliliği ve gelişmiş ürün ömrü dahil olmak üzere somut avantajlara dönüşür.

Yarı İletken Ekosistemindeki Temel SiC Uygulamaları

Silisyum Karbür'ün üstün özellikleri, yarı iletken endüstrisi içinde çeşitli uygulamaların kilidini açarak, inovasyonu ve verimlilik iyileştirmelerini yönlendirmiştir. Mühendisler ve satın alma uzmanları malzemeleri değerlendirirken, bu özel kullanım durumlarını anlamak, SiC'nin değer önerisini vurgular.

SiC teknolojisi, çeşitli temel alanlarda atılımlar sağlamaktadır:

• Güç Elektroniği: Bu, tartışmasız SiC için en önemli alandır.
  • Eviriciler ve Dönüştürücüler: Elektrikli araçlarda (EV'ler) çekiş invertörleri, yerleşik şarj cihazları (OBC'ler) ve DC-DC dönüştürücüler için kullanılır. SiC, daha yüksek verimlilik sağlayarak, daha uzun EV menziline ve daha hızlı şarja yol açar. Güneş enerjisi invertörleri ve rüzgar türbini dönüştürücüleri de SiC'nin verimliliğinden ve güç yoğunluğundan yararlanır.
  • Bekleme Süresi: Endüstriyel güç kaynakları, sunucu çiftliği PSU'ları ve telekomünikasyon doğrultucuları, daha düşük enerji tüketimi ve daha küçük form faktörleri için SiC'den yararlanır.
  • Motor Sürücüleri: Endüstriyel motorlar için SiC tabanlı değişken frekanslı sürücüler (VFD'ler) daha iyi kontrol ve enerji tasarrufu sunar.
• Radyo Frekansı (RF) Cihazları:
  • Radar Sistemleri: SiC'nin yüksek güç yoğunluğu ve termal iletkenliği, askeri radar ve iletişim sistemlerindeki yüksek güçlü RF transistörleri için idealdir.
  • Kablosuz İletişim: Baz istasyonu amplifikatörleri ve diğer RF bileşenleri, yüksek frekanslarda SiC'nin performansından yararlanır.
• Yüksek Sıcaklık Elektroniği:
  • Havacılık ve Savunma: Uçak ve savunma sistemlerinde aşırı sıcaklık ortamlarında çalışan motor kontrolleri, aktüatörler ve sensörler.
  • Petrol ve Gaz Araması: Kuyu içi sondaj ekipmanları ve sensörler, SiC'nin mükemmel olduğu yüksek sıcaklıklara ve basınçlara dayanabilen elektroniklere ihtiyaç duyar.
• Otomotiv (Güç Aktarım Sisteminin Ötesinde): EV'ler önemli bir itici güç olsa da, SiC ayrıca sağlam güç yönetimi gerektiren diğer otomotiv sistemlerinde de kullanılmaktadır.
• Endüstriyel Isıtma ve Kaynak: Yüksek güçlü SiC cihazları, indüksiyonlu ısıtma sistemlerinde ve gelişmiş kaynak ekipmanlarında kullanılır.
• LED Aydınlatma: LED'lerin kendileri genellikle GaN-on-SiC veya diğer malzemeler olsa da, yüksek güçlü LED sistemleri için güç kaynakları ve sürücüler, geliştirilmiş verimlilik ve uzun ömür için SiC bileşenlerinden yararlanabilir.

Aşağıdaki tablo, bazı temel uygulamaları ve kullanılan SiC avantajlarını özetlemektedir:

Uygulama Alanı	Özel Kullanım Durumu	Kullanılan Temel SiC Avantajları	Hedef Endüstriler
Güç Elektroniği	EV Çekiş İnvertörleri, Yerleşik Şarj Cihazları	Yüksek verimlilik, yüksek güç yoğunluğu, yüksek sıcaklıkta çalışma	Otomotiv, Yenilenebilir Enerji
Güç Elektroniği	Güneş Enerjisi İnvertörleri, Rüzgar Türbini Dönüştürücüleri	Yüksek verimlilik, azaltılmış soğutma ihtiyaçları, uzun ömür	Yenilenebilir Enerji
Güç Elektroniği	Endüstriyel Motor Sürücüleri	Enerji tasarrufu, hassas kontrol, sağlamlık	Endüstriyel Üretim
RF Cihazları	Radar Sistemleri, Baz İstasyonu Amplifikatörleri	Yüksek güç çıkışı, yüksek frekans, termal kararlılık	Havacılık, Savunma, Telekomünikasyon
Yüksek Sıcaklık Elektroniği	Kuyu İçi Sondaj Sensörleri, Motor Kontrolleri	Yüksek çalışma sıcaklığı, radyasyon sertliği	Petrol ve Gaz, Havacılık, Nükleer Enerji
Yarı İletken Üretimi	Yonga Aynaları, Süseptörler, Halkalar	Yüksek saflık, termal tekdüzelik, kimyasal atalet, dayanıklılık	Yarı İletken

Bu çeşitli uygulama alanı, SiC'nin çok yönlülüğünün ve çok sayıda yüksek riskli sektörde modern elektroniği geliştirme konusundaki kritik rolünün altını çizmektedir.

Malzeme Özellikleri: Yarı İletken Saflığı İçin SiC Kaliteleri

Özellikle yarı iletken endüstrisinin zorlu gereksinimleri söz konusu olduğunda, tüm Silisyum Karbür eşit yaratılmamıştır. SiC'nin belirli kristal yapısı (polimorf) ve saflık seviyesi, farklı yarı iletken uygulamaları için uygunluğunu belirleyen kritik faktörlerdir. Satın alma yöneticileri ve mühendisler için, bu farklılıkları anlamak, doğru malzemeleri tedarik etmenin anahtarıdır.

Yarı iletken cihazlarla ilgili birincil SiC polimorfları şunlardır:

• 4H-SiC: Bu, daha yüksek elektron hareketliliği ve diğer polimorflara kıyasla daha izotropik özellikler dahil olmak üzere üstün özellikleri nedeniyle şu anda güç elektroniği cihazları için en baskın polimorftur. Bu, daha düşük açık durum direnci ve belirli bir voltaj derecesi için daha iyi genel cihaz performansına dönüşür. Yüksek voltajlı MOSFET'ler ve Schottky diyotları için tercih edilen malzemedir.
• 6H-SiC: Tarihsel olarak, 6H-SiC daha yaygındı ve yüksek kalitede yetiştirilmesi daha kolaydı. 4H-SiC'den daha düşük elektron hareketliliğine sahip olsa da, belirli yüksek frekanslı cihazlar ve GaN epitaksisi için bir alt tabaka dahil olmak üzere bazı özel uygulamalar için hala kullanılmaktadır.
• 3C-SiC (Kübik SiC): Bu polimorf, SiC polimorfları arasında en yüksek elektron hareketliliğine sahiptir ve teorik olarak silikon alt tabakalar üzerinde yetiştirilebilir, potansiyel olarak maliyetleri düşürür. Ancak, büyük Si yongaları üzerinde yüksek kaliteli, kusursuz 3C-SiC elde etmek önemli bir zorluk olmaya devam ediyor ve ana akım güç cihazları için ticari olarak benimsenmesini sınırlıyor. Umut verici teorik avantajları nedeniyle araştırmalar devam ediyor.

Poli tiplerin ötesinde, saflık çok önemlidir. Özellikle substratlar ve epitaksiyel katmanlar için yarı iletken sınıfı SiC, son derece yüksek saflık seviyeleri gerektirir (genellikle >99,999%). Kirleticiler istenmeyen elektronik durumları ortaya çıkarabilir, kusur yoğunluklarını artırabilir ve cihaz performansını ve güvenilirliğini düşürebilir. Yığın kristal büyütme için Fiziksel Buhar Taşıma (PVT) ve epitaksi için Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) gibi yarı iletken sınıfı SiC üretim süreçleri, bu saflık seviyelerine ulaşmak için titizlikle kontrol edilir.

Yarı iletken sınıfı SiC için temel hususlar şunlardır:

• Mikro Boru Yoğunluğu (MPD): Mikropipeler, SiC cihazlarında öldürücü kusurlar olabilen içi boş vida dislokasyonlarıdır. Yüksek verimli büyük alanlı cihazların üretimi için düşük MPD (ideal olarak sıfır) çok önemlidir.
• Bazal Düzlem Dislokasyon (BPD) Yoğunluğu: BPD'ler SiC cihazlarda bipolar bozulmaya neden olabilir. Önemli Ar-Ge çalışmaları, SiC alt tabakalar ve epilayerlerdeki BPD yoğunluğunu azaltmaya odaklanmaktadır.
• Yüzey Kalitesi: Sonraki epitaksiyel büyüme ve cihaz imalatı için minimum yüzey altı hasarı ile atomik olarak pürüzsüz yüzeyler esastır. Bu, hassas parlatma ve temizleme teknikleri gerektirir.
• Doping Tekdüzeliği: İletken SiC alt tabakaları ve epikatmanları için, tutarlı cihaz özellikleri için katkı maddelerinin (n-tipi için azot veya p-tipi için alüminyum gibi) tekdüze dağılımı kritik öneme sahiptir.

Teknik alıcılar, SiC tedarikçilerinin hedef uygulamaları için gerekli olan belirli polimorf, saflık ve kusur özelliklerine sahip malzemeler sağlayabildiğinden emin olmalıdır. Bu bağlamda ayrıntılı malzeme spesifikasyon sayfaları ve kalite sertifikaları esastır.

Üretimdeki Engellerin Aşılması: SiC Yonga Üretimi

Silisyum Karbür'ün ham maddeden bitmiş bir yarı iletken yongaya yolculuğu teknik zorluklarla doludur. SiC'nin özellikleri son derece arzu edilirken, doğasında bulunan sertliği ve kimyasal kararlılığı, işlenmesini geleneksel silikondan önemli ölçüde daha karmaşık ve maliyetli hale getirir. Bu engelleri anlamak, yüksek kaliteli SiC yongalarıyla ilişkili değeri ve teslim sürelerini takdir etmek için önemlidir.

Temel üretim zorlukları şunlardır:

• Kristal Büyüme (Boule Üretimi):
  • Yüksek Sıcaklıklar: SiC, atmosfer basıncında erimek yerine süblimleşir ve 2000°C'yi aşan büyüme sıcaklıkları gerektirir (tipik olarak Fiziksel Buhar Taşınımı – PVT yoluyla). Kararlı ve tekdüze yüksek sıcaklıkları korumak büyük bir mühendislik başarısıdır.
  • Kusur Kontrolü: Boule büyümesi sırasında mikropipeler, vida dislokasyonları ve yığın hataları gibi kristalografik kusurların kontrolü son derece zordur. Bu kusurlar, cihaz verimini ve performansını ciddi şekilde etkileyebilir.
  • Yavaş Büyüme SiC
  • Dopant Katkısı: Büyüme sırasında homojen ve kontrollü doping (n-tipi veya p-tipi) elde etmek, dahil olan yüksek sıcaklıklar nedeniyle karmaşıktır.
• Gofret Dilimleme ve Şekillendirme:
  • Sertlik: SiC, en sert sentetik malzemelerden biridir (Mohs sertliği 9,0-9,5), bu da külçeleri gofretlere dilimlemeyi ve daha sonra şekillendirmeyi çok zorlaştırır. Elmasla emprenye edilmiş tel testereler ve taşlama aletleri gereklidir, ancak bunlar hızla aşınır ve maliyetleri artırır.
  • Malzeme Kaybı: Dilimleme ve taşlama işlemleri önemli malzeme kaybına (kerf kaybı) neden olabilir.
• Parlatma ve Düzleştirme:
  • Atomik Düzgün Yüzeyler Elde Etme: Epitaksi için gerekli olan hasarsız, atomik olarak düz yüzeyler oluşturmak, mekanik taşlama, laplama ve kimyasal-mekanik parlatma (CMP) içeren çok aşamalı bir işlemdir. Her adım, önceki adımların neden olduğu yüzey altı hasarı gidermek için hassas bir şekilde kontrol edilmelidir.
  • Yüzey Pürüzlülüğü: Hedef yüzey pürüzlülüğü genellikle angstrom aralığındadır (örneğin, <0,5 nm RMS).
• Epitaksiyal Büyüme:
  • Yüksek Kaliteli Katmanlar: SiC alt tabakaları üzerinde düşük kusur yoğunluğuna sahip ince, hassas bir şekilde katkılanmış SiC epitaksiyal katmanların (tipik olarak Kimyasal Buhar Biriktirme – CVD yoluyla) yetiştirilmesi, cihaz imalatı için kritik öneme sahiptir. Büyük gofretler üzerinde stokiyometri ve homojenliği korumak zordur.
  • Sürüklenme Katmanı Kalınlığı ve Katkı Kontrolü: Güç cihazları için, istenen kırılma gerilimi ve açık direnci elde etmek için sürüklenme katmanının kalınlığı ve katkı konsantrasyonu hassas bir şekilde kontrol edilmelidir.
• Maliyet: Karmaşık süreçler, özel ekipman, yüksek enerji tüketimi, yavaş büyüme oranları ve malzeme sertliğinin birleşimi, SiC gofretlerin silikon gofretlerden önemli ölçüde daha pahalı olmasına katkıda bulunur. Ancak, devam eden Ar-Ge ve ölçek ekonomileri bu maliyetleri giderek azaltmaktadır.

Bu zorlukların üstesinden gelmek malzeme bilimi, kristal büyütme, hassas mekanik ve kimyasal işleme konularında önemli bir uzmanlık gerektirmektedir. SiC yonga plakası üretiminde uzmanlaşmış şirketler, kristal kalitesini iyileştirmek, yonga plakası çapını artırmak (şu anda 200 mm'ye doğru ilerliyor), kusur yoğunluklarını azaltmak ve üretim maliyetlerini düşürmek için Ar-Ge'ye büyük yatırımlar yapıyor. Teknik alıcılar için, bu üretim karmaşıklıklarının üstesinden gelme konusunda güçlü bir geçmişe sahip tedarikçilerle ortaklık kurmak, yüksek kaliteli yonga plakalarının istikrarlı bir şekilde tedarik edilmesini sağlamak açısından çok önemlidir.

SiC ile Yeni Nesil Yarı İletken Cihazların Tasarımı

Silisyum Karbür'e geçiş, yarı iletken cihaz tasarımında yeni ufuklar açarak, mühendislerin silikonun performans sınırlamalarını aşan bileşenler oluşturmasına olanak tanır. Ancak, SiC'nin benzersiz özelliklerinden etkin bir şekilde yararlanmak, tasarım aşamasında dikkatli bir değerlendirme gerektirir. Mühendisler, hem SiC'nin avantajlarını hem de özel özelliklerini hesaba katmak için yaklaşımlarını uyarlamalıdır.

SiC tabanlı yarı iletken cihazlar için temel tasarım hususları şunlardır:

• Termal Yönetim Stratejisi:
  • SiC mükemmel termal iletkenliğe sahip olsa da, elde edilebilen daha yüksek güç yoğunlukları, etkili ısı dağılımının hala çok önemli olduğu anlamına gelir. Tasarım hususları arasında, aktif SiC cihazından verimli termal yollar sağlamak için kalıp bağlantı malzemeleri, alt tabaka seçimleri ve genel paket tasarımı yer alır.
  • Daha yüksek bağlantı sıcaklıklarında çalışma yeteneği, soğutma sistemlerini basitleştirebilir, ancak tüm modülün güvenilirliği ve ömrü hesaplamalarına dahil edilmelidir.
• Kapı Sürücü Tasarımı (SiC MOSFET'ler için):
  • SiC MOSFET'ler genellikle silikon IGBT'ler veya MOSFET'lere kıyasla farklı kapı sürücü gerilim seviyeleri (örneğin, tam geliştirme için daha yüksek pozitif gerilim, bazen sağlam kapanma için negatif gerilim) gerektirir.
  • SiC cihazlarının daha hızlı anahtarlama hızları, düşük parazitik endüktanslara ve kapı kapasitansını hızla şarj etmek ve deşarj etmek için yüksek tepe akımları sağlama yeteneğine sahip kapı sürücüleri talep eder. Bu, anahtarlama kayıplarını en aza indirir.
  • Desatürasyon (Desat) tespiti ve kısa devre koruması gibi koruma özellikleri, SiC'nin özellikleri için optimize edilmelidir.
• Düzen ve Parazitik Yönetimi:
  • SiC cihazlarının yüksek anahtarlama hızları (dV/dt ve dI/dt), cihaz paketindeki ve çevresindeki devredeki parazitik endüktanslar ve kapasitanslarla ilgili sorunları şiddetlendirebilir. Bu, gerilim aşımına, çınlamaya ve EMI sorunlarına yol açabilir.
  • Dikkatli düzen, döngü endüktanslarını en aza indirme ve uygun ayırma kapasitörleri kullanma kritik öneme sahiptir. Doğrudan bağlı bakır (DBC) alt tabakaları ve çok çipli modüller dahil olmak üzere gelişmiş paketleme çözümleri sıklıkla kullanılır.
• Cihaz Paralellemesi:
  • Yüksek akımlı uygulamalar için, birden fazla SiC cihazının paralel bağlanması gerekebilir. SiC MOSFET'lerdeki açık direncin pozitif sıcaklık katsayısı, akım paylaşımına yardımcı olur, ancak termal kaçışı önlemek ve dengeli akım dağılımı sağlamak için dikkatli kapı sürücü tasarımı ve simetrik düzenler hala önemlidir.
• Gövde Diyot Özellikleri (SiC MOSFET'ler):
  • SiC MOSFET'lerin intrinsik gövde diyotu, silikon MOSFET gövde diyotlarından farklı özelliklere sahiptir ve genellikle daha yüksek bir ileri gerilim düşüşü sergiler. Bazı uygulamalar için uygun olsa da, sık sık serbest tekerlek gerektiren diğer uygulamalarda, daha iyi performans için harici bir SiC Schottky diyotu birlikte paketlenebilir veya paralel olarak kullanılabilir.
  • Yeni nesil SiC MOSFET'ler, geliştirilmiş gövde diyot performansı sunar.
• Yüksek Sıcaklık Yeteneğinden Yararlanma:
  • Tasarımlar, SiC'nin 175°C, hatta 200°C ve üzeri bağlantı sıcaklıklarında güvenilir bir şekilde çalışma yeteneğinden yararlanabilir. Bu, soğutma sistemlerinin boyutunu ve maliyetini azaltabilir veya daha zorlu ortam koşullarında çalışmaya izin verebilir. Ancak, çevredeki bileşenler ve paketleme malzemeleri de bu sıcaklıklar için derecelendirilmelidir.
• Maliyet ve Performans Arasındaki Değişimler:
  • SiC cihazları üstün performans sunarken, genellikle silikon muadillerinden daha pahalıdır. Tasarımcılar, bileşen maliyetini haklı çıkarmak için toplam sistem seviyesindeki faydaları (örneğin, azaltılmış soğutma, daha küçük pasifler, daha yüksek verimlilik) değerlendirmelidir. Birçok uygulamada, sistem seviyesindeki tasarruflar daha yüksek cihaz maliyetinden daha ağır basmaktadır.

SiC ile başarılı bir şekilde tasarım yapmak, cihaz, paketi, kapı sürücüsü ve genel sistem topolojisi arasındaki etkileşimi göz önünde bulunduran bütünsel bir yaklaşım içerir. Deneyimli SiC bileşen üreticileriyle işbirliği yapmak, tasarımları maksimum performans ve güvenilirlik için optimize etmek için değerli bilgiler ve uygulama desteği sağlayabilir.

Yarı İletkenler İçin SiC'de Özelleştirmenin Rolü

Standart, rafa hazır Silisyum Karbür bileşenler, yarı iletken endüstrisindeki birçok ihtiyacı karşılarken, optimize edilmiş performans, benzersiz form faktörleri ve uygulamaya özel özellikler arayışı genellikle özel SiC çözümleri gerektirir. Özelleştirme, mühendislerin ve tasarımcıların SiC özelliklerini ve geometrilerini tam gereksinimlerine göre uyarlamalarına, daha fazla verimlilik ve rekabet avantajı elde etmelerine olanak tanır. Bu, özellikle özel yarı iletken üretim ekipmanı parçaları (mandal, halka, süseptörler) ve gelişmiş cihaz alt tabakaları veya epitaksiyal katmanlar için geçerlidir.

Yarı iletken alanında özel SiC çözümlerinin faydaları şunlardır:

• Optimize Edilmiş Performans: Özel katkı profilleri, belirli kristal yönelimleri veya benzersiz epitaksiyal katman yapıları, belirli bir uygulama için kırılma gerilimi, açık direnç veya anahtarlama hızı gibi cihaz özelliklerini geliştirmek için tasarlanabilir.
• Belirli Geometriler ve Form Faktörleri: Yarı iletken üretimi, SiC süseptörleri, gofret mandalları veya kenar halkaları gibi bileşenlerin hassas boyutlara uyması gereken karmaşık ekipmanları içerir. Özel imalat, mükemmel entegrasyon ve optimum termal veya plazma homojenliği sağlar.
• Geliştirilmiş Termal Yönetim: Özel SiC ısı yayıcıları veya alt tabakaları, yüksek güçlü modüller için termal dağılımı en üst düzeye çıkarmak için belirli kalınlıklar ve yüzey kaplamalarıyla tasarlanabilir.
• Diğer Malzemelerle Entegrasyon: Özel SiC bileşenleri, diğer malzemelerle bağlanma veya entegrasyon için tasarlanabilir ve karmaşık modül montajlarını kolaylaştırır.
• Geliştirilmiş Malzeme Saflığı veya Belirli Kaliteler: Bazı son teknoloji uygulamalar, standart ürünler olarak yaygın olarak bulunmayan daha yüksek saflık seviyelerine veya belirli SiC polimorflarına ihtiyaç duyabilir. Özel üretim bu niş gereksinimleri karşılayabilir.

Özel çözümlere yönelik artan talebin farkına varan uzman tedarikçiler ortaya çıkmıştır. Bu uzmanlık için önemli bir küresel merkez, çeşitli büyüklüklerde 40'tan fazla silisyum karbür üretim işletmesine ev sahipliği yapan Çin'in Weifang Şehrinde bulunmaktadır. Bu işletmeler toplu olarak Çin'in toplam silisyum karbür üretiminin 80%'sinden fazlasını oluşturmaktadır. Bu dinamik ekosistem içinde Sicarb Tech öne çıkmaktadır. 2015 yılından bu yana, gelişmiş silisyum karbür üretim teknolojisinin tanıtılması ve uygulanmasında etkili olduk ve yerel işletmelere büyük ölçekli üretim ve teknolojik ilerlemeler elde etmelerinde önemli ölçüde yardımcı olduk. Derin katılımımız, bu hayati SiC endüstri merkezinin ortaya çıkışına ve devam eden gelişimine tanıklık etmemizi ve katkıda bulunmamızı sağladı.

Çin Bilimler Akademisi (Weifang) İnovasyon Parkı çatısı altında ve Çin Bilimler Akademisi Ulusal Teknoloji Transfer Merkezi ile yakın işbirliği içinde faaliyet gösteren Sicarb Tech, Çin Bilimler Akademisi'nin müthiş bilimsel ve teknolojik yeteneklerinden yararlanmaktadır. Aşağıdakiler için sağlam bir platform sunuyoruz SiC ürünlerini özelleştirmekiçin sağlam bir platform sunuyoruz ve çok çeşitli SiC bileşenlerinin özel üretimi konusunda uzmanlaşmış, birinci sınıf bir profesyonel ekiple destekleniyoruz. Uzmanlığımız, malzeme bilimi, proses mühendisliği, tasarım optimizasyonu ve titiz ölçüm ve değerlendirme teknolojilerini kapsamaktadır. Hammaddelerden bitmiş ürünlere kadar bu entegre yaklaşım, yarı iletken endüstrisi ve ötesi için çeşitli ve karmaşık özelleştirme ihtiyaçlarını karşılamamızı, daha yüksek kaliteli ve maliyet açısından rekabetçi çözümler sağlamamızı sağlar.

SiC Bileşenlerinde Kalite Güvencesi ve Test

Silisyum Karbür cihazların olağanüstü performans özellikleri, temel malzemeler ve bileşenler katı kalite standartlarını karşıladığında gerçekleştirilebilir. Yarı iletken uygulamaları için, en küçük kusurların bile cihaz arızasına veya performansın düşmesine yol açabileceği durumlarda, sağlam kalite güvencesi (QA) ve kapsamlı test protokolleri pazarlığa açık değildir. Satın alma yöneticileri ve mühendisler, SiC üretim süreci boyunca kalite kontrolüne sarsılmaz bir bağlılık gösteren tedarikçilere öncelik vermelidir.

Yarı iletken sınıfı SiC bileşenleri için QA ve testin temel yönleri şunlardır:

• Malzeme Karakterizasyonu:
  • Polimorf Doğrulama: Doğru SiC polimorfunu (örneğin, 4H-SiC, 6H-SiC) doğrulamak için Raman spektroskopisi veya X-ışını kırınımı (XRD) gibi teknikler kullanılır.
  • Saflık Analizi: Eser element safsızlıklarını belirlemek için Işıma Deşarj Kütle Spektrometresi (GDMS) veya İkincil İyon Kütle Spektrometresi (SIMS) kullanılabilir.
  • Direnç Haritalaması: Katkı tekdüzeliğini sağlamak için gofretler üzerindeki direnç dağılımını haritalamak için dört noktalı prob ölçümleri veya girdap akımı yöntemleri kullanılır.
• Kusur Metreolojisi:
  • Mikro Boru Yoğunluğu (MPD): KOH dağlamadan sonra otomatik optik inceleme veya fotolüminesans (PL) haritalama veya X-ışını topografisi (XRT) gibi tahrip edici olmayan teknikler, mikropipeleri saymak ve haritalamak için kullanılır.
  • Dislokasyon Yoğunluğu: Bazal Düzlem Dislokasyonları (BPD'ler) ve İplik Vida Dislokasyonları (TSD'ler) gibi diğer dislokasyonları ölçmek için benzer teknikler (dağlama, PL, XRT) kullanılır.
  • Yığılma Kusurları: PL görüntüleme, özellikle epikatmanlardaki yığın hatalarını belirlemede etkilidir.
• Yüzey ve Yüzey Altı Kalite Değerlendirmesi:
  • Yüzey Pürüzlülüğü: Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), yüzey pürüzlülüğünü angstrom veya nanometre ölçeğinde ölçer.
  • Yüzey Kirliliği: Toplam Yansıma X-ışını Floresansı (TXRF) veya Buhar Fazı Bozunması (VPD) ve ardından ICP-MS, yüzey metalik kirleticileri tespit edebilir.
  • Yüzey Altı Hasarı: Kesitsel Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) veya özel dağlama gibi teknikler, taşlama veya parlatmadan kaynaklanan hasar katmanlarını ortaya çıkarabilir.
• Boyutsal Metroloji:
  • Otomatik metroloji araçları kullanarak gofret çapı, kalınlığı, eğimi, eğriliği ve site düzlüğünün hassas ölçümü.
  • Özel bileşenler için, kritik boyutları ve toleransları doğrulamak için CMM (Koordinat Ölçüm Makineleri) veya optik profilometri kullanılır.
• Epitaksiyal Katman Karakterizasyonu:
  • Kalınlık Tekdüzeliği: Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) veya spektroskopik elipsometri.
  • Katkı Konsantrasyonu ve Tekdüzelik: Kapasitans-Gerilim (CV) ölçümleri, SIMS.
  • Yüzey Morfolojisi: Nomarski mikroskobu, AFM.
• Elektriksel Test (bitmiş cihazlar veya test yapıları için):
  • Arıza gerilimi, açık durum direnci, kaçak akım ve eşik gerilimi gibi parametrelerin gofret üzerinde prob ile ölçülmesi.
  • Anahtarlama özelliklerini değerlendirmek için dinamik test.
• Proses Kontrolü ve İzlenebilirlik:
  • Üretim boyunca İstatistiksel Proses Kontrolü (SPC).
  • Hammaddeden bitmiş ürüne kadar parti izlenebilirliği.
  • Endüstri standartlarına uyum (örneğin, gofretler için SEMI standartları).

Güvenilir SiC tedarikçileri, gelişmiş metrololoji ekipmanlarına yoğun yatırım yapar ve titiz QA sistem

Gelecek Trendleri: SiC Yarı İletken Sınırlarını Zorluyor

Silisyum Karbürün yarı iletken endüstrisindeki etkisi zaten derindir, ancak teknoloji henüz statik olmaktan uzaktır. Devam eden araştırma ve geliştirme çalışmaları, SiC yeteneklerinin sınırlarını sürekli olarak zorlamakta ve önümüzdeki yıllarda daha da heyecan verici gelişmeler vaat etmektedir. Yarı iletken, otomotiv, havacılık ve enerji sektörlerindeki işletmeler için, bu eğilimleri takip etmek, tasarımları geleceğe hazırlamak ve rekabet avantajını korumak açısından çok önemlidir.

SiC teknolojisindeki önemli gelecek eğilimleri şunlardır:

• Daha Büyük Yonga Çapları: 150 mm (6 inç)’den 200 mm (8 inç) SiC yongalarına geçiş devam etmektedir. Daha büyük yongalar, yonga başına maliyeti önemli ölçüde azaltarak SiC cihazlarını silikonla daha ekonomik olarak rekabetçi hale getirmektedir. Araştırmalar ayrıca 300 mm (12 inç) SiC yongalarının fizibilitesini de araştırmaktadır, ancak bu önemli teknik zorluklar yaratmaktadır.
• Geliştirilmiş Kristal Kalitesi ve Defekt Azaltma: Birincil odak noktası, SiC alt tabakalarındaki ve epikatmanlardaki defekt yoğunluklarını (mikro borular, BPD’ler, TSD’ler) azaltmaya devam etmektedir. Daha düşük defekt yoğunlukları, daha yüksek cihaz verimi, gelişmiş güvenilirlik ve daha büyük, daha güçlü SiC yongaları üretme yeteneği sağlar.
• Gelişmiş Epitaksi Teknikleri: Yeni öncüller ve reaktör tasarımları da dahil olmak üzere CVD süreçlerindeki yenilikler, daha hızlı büyüme oranları, büyük yonga plakaları üzerinde daha iyi homojenlik ve doping profilleri ve katman kalınlıkları üzerinde daha hassas kontrol sağlamayı amaçlamaktadır. Buna ultra yüksek voltajlı cihazlar (>10 kV) için daha kalın sürüklenme katmanlarının geliştirilmesi de dahildir.
• Yeni Cihaz Yapıları:
  • SiC Hendek MOSFET’ler: Düzlemsel SiC MOSFET’ler yaygın olmakla birlikte, hendek geçit yapıları sunmaktadır