الطبقات الفوقي: أساس أجهزة أشباه الموصلات المتقدمة

الشكل 1: يوضح العلاقة بين تركيزات المنشطات وسمك الطبقة وجهد الانهيار للأجهزة أحادية القطب.

يشمل تحضير الطبقات الفوقية من SiC في المقام الأول تقنيات مثل نمو التبخر، وطبقة الطور السائل (LPE)، وطبقة الشعاع الجزيئي (MBE)، وترسيب البخار الكيميائي (CVD)، مع كون CVD هي الطريقة السائدة للإنتاج الضخم في المصانع.

الجدول 1: يقدم نظرة عامة مقارنة لأساليب إعداد الطبقة الفوقي الرئيسية.

يتضمن النهج المبتكر النمو على ركائز خارج المحور {0001} بزاوية ميل محددة، كما هو موضح في الشكل 2 (ب). تعمل هذه الطريقة على زيادة كثافة الخطوة بشكل كبير مع تقليل حجم الخطوة، مما يسهل عملية النواة في المقام الأول في مواقع تجميع الخطوات، وبالتالي، مما يسمح للطبقة الفوقي بتكرار تسلسل تراص الركيزة بشكل مثالي، مما يؤدي إلى القضاء على التعايش بين الأنواع المتعددة.

الشكل 2: يوضح العملية الفيزيائية للنضوج الذي يتم التحكم فيه تدريجيًا في 4H-SiC.

الشكل 3: يبين الظروف الحرجة لنمو الأمراض القلبية الوعائية في النضوج الذي يتم التحكم فيه بخطوة لـ 4H-SiC.

الشكل 4: يقارن معدلات النمو تحت مصادر السيليكون المختلفة للنضوج 4H-SiC.

في مجال تطبيقات الجهد المنخفض والمتوسط ​​(على سبيل المثال، أجهزة 1200 فولت)، وصلت تقنية SiC epitaxy إلى مرحلة ناضجة، مما يوفر تجانسًا فائقًا نسبيًا في السماكة وتركيز المنشطات وتوزيع العيوب، مما يلبي بشكل مناسب متطلبات SBD ذات الجهد المنخفض والمتوسط وأجهزة MOS وJBS وغيرها.

ومع ذلك، لا يزال مجال الجهد العالي يمثل تحديات كبيرة. على سبيل المثال، تتطلب الأجهزة المصنفة عند 10000 فولت طبقات فوقية يبلغ سمكها حوالي 100 ميكرومتر، لكن هذه الطبقات تظهر سمكًا أقل بكثير وتجانسًا في المنشطات مقارنة بنظيراتها ذات الجهد المنخفض، ناهيك عن التأثير الضار للعيوب المثلثية على الأداء العام للجهاز. التطبيقات ذات الجهد العالي، والتي تميل إلى تفضيل الأجهزة ثنائية القطب، تفرض أيضًا متطلبات صارمة على عمر الناقل الأقل، مما يستلزم تحسين العملية لتعزيز هذه المعلمة.

في الوقت الحالي، تهيمن على السوق الرقاقات الفوقية من كربيد السيليكون مقاس 4 و6 بوصات، مع زيادة تدريجية في نسبة الرقاقات الفوقية من كربيد السيليكون ذات القطر الكبير. يتم تحديد حجم الرقائق الفوقي من SiC بشكل أساسي من خلال أبعاد ركائز SiC. ومع توافر ركائز SiC مقاس 6 بوصات تجاريًا الآن، فإن الانتقال من 4 بوصات إلى 6 بوصات من SiC يجري بثبات.

مع تقدم تكنولوجيا تصنيع ركائز SiC وتوسع القدرات الإنتاجية، فإن تكلفة ركائز SiC تتناقص تدريجيًا. نظرًا لأن الركائز تمثل أكثر من 50% من تكلفة الرقائق الفوقية، فمن المتوقع أن يؤدي انخفاض أسعار الركائز إلى انخفاض تكاليف الفوقية SiC، مما يعد بمستقبل أكثر إشراقًا لهذه الصناعة.**