لایه های اپیتاکسیال: پایه دستگاه های نیمه هادی پیشرفته

شکل 1: ارتباط بین غلظت دوپینگ، ضخامت لایه و ولتاژ شکست را برای دستگاه های تک قطبی نشان می دهد.

آماده‌سازی لایه‌های اپیتاکسیال SiC عمدتاً شامل تکنیک‌هایی مانند رشد تبخیر، اپیتاکسی فاز مایع (LPE)، اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE) و رسوب بخار شیمیایی (CVD) است که CVD روش غالب برای تولید انبوه در کارخانه‌ها است.

جدول 1: یک نمای کلی مقایسه ای از روش های آماده سازی لایه اپیتاکسیال اصلی ارائه می دهد.

یک رویکرد پیشگامانه شامل رشد روی بسترهای خارج از محور {0001} در یک زاویه شیب خاص است، همانطور که در شکل 2(b) نشان داده شده است. این روش به طور قابل توجهی چگالی گام را افزایش می‌دهد و در عین حال اندازه گام را کاهش می‌دهد، هسته‌زایی را عمدتاً در مکان‌های دسته‌بندی پله‌ها تسهیل می‌کند و بنابراین، به لایه همپایی اجازه می‌دهد تا توالی انباشته شدن بستر را کاملاً تکرار کند و همزیستی چند تایپ‌ها را از بین ببرد.

شکل 2: فرآیند فیزیکی اپیتاکسی کنترل شده با گام را در 4H-SiC نشان می دهد.

شکل 3: شرایط بحرانی رشد CVD را در اپیتاکسی گامی کنترل شده برای 4H-SiC نشان می دهد.

شکل 4: نرخ رشد را تحت منابع سیلیکونی مختلف برای اپیتاکسی 4H-SiC مقایسه می کند.

در حوزه کاربردهای ولتاژ پایین و متوسط ​​(به عنوان مثال، دستگاه‌های 1200 ولت)، فناوری اپیتاکسی SiC به مرحله بلوغ رسیده است و یکنواختی نسبتاً برتر در ضخامت، غلظت دوپینگ و توزیع نقص ارائه می‌دهد که به اندازه کافی الزامات SBD ولتاژ پایین و متوسط ​​را برآورده می‌کند. ، دستگاه های MOS، JBS و سایر موارد.

با این حال، حوزه ولتاژ بالا هنوز چالش‌های مهمی را ارائه می‌کند. به عنوان مثال، دستگاه‌های دارای ولتاژ 10000 ولت به لایه‌های اپیتاکسیال با ضخامت تقریبی 100 میکرومتر نیاز دارند، اما این لایه‌ها ضخامت و یکنواختی دوپینگ بسیار ضعیف‌تری نسبت به نمونه‌های ولتاژ پایین خود نشان می‌دهند، بدون اینکه به تأثیر مخرب عیوب مثلثی بر عملکرد کلی دستگاه اشاره کنیم. کاربردهای ولتاژ بالا، که تمایل به دستگاه‌های دوقطبی دارند، همچنین تقاضاهای سخت‌گیرانه‌ای را برای طول عمر حامل‌های اقلیت ایجاد می‌کنند که بهینه‌سازی فرآیند را برای افزایش این پارامتر ضروری می‌سازد.

در حال حاضر، ویفرهای اپیتاکسیال SiC 4 اینچی و 6 اینچی با افزایش تدریجی نسبت ویفرهای اپیتاکسیال SiC با قطر بزرگ، بر بازار تسلط دارند. اندازه ویفرهای اپیتاکسیال SiC اساساً توسط ابعاد بسترهای SiC تعیین می شود. با بسترهای SiC 6 اینچی که اکنون به صورت تجاری در دسترس هستند، انتقال از اپیتاکسی SiC 4 اینچی به 6 اینچی به طور پیوسته در حال انجام است.

با پیشرفت تکنولوژی ساخت بستر SiC و گسترش ظرفیت های تولید، هزینه بسترهای SiC به تدریج کاهش می یابد. با توجه به اینکه بسترها بیش از 50 درصد هزینه ویفرهای همپایه را تشکیل می دهند، انتظار می رود کاهش قیمت بستر منجر به کاهش هزینه ها برای اپیتاکسی SiC شود و در نتیجه آینده روشن تری را برای صنعت نوید می دهد.**