Réamhrá Bunúsach Phróiseas Fáis Eipiteacsach SiC

Is éard atá i gciseal eitea-aiseach ná scannán criostail aonair ar leith a fhástar ar an sliseog trí phróiseas epa·itaiseach, agus tugtar sliseog eipeataiseach ar wafer an tsubstráit agus ar an scannán epitaxial. Trí chiseal epitaxial chomhdhúile sileacain a fhás ar an tsubstráit chomhdhúile sileacain seoltaí, is féidir an wafer epitaxial aonchineálach chomhdhúile sileacain a ullmhú tuilleadh i dé-óid Schottky, MOSFETanna, IGBTanna agus feistí cumhachta eile, ina measc is é substráit 4H-SiC an ceann is coitianta a úsáidtear.

Mar gheall ar an bpróiseas déantúsaíochta éagsúla gléas cumhachta chomhdhúile sileacain agus gléas cumhachta sileacain traidisiúnta, ní féidir é a dhéanamh go díreach ar ábhar criostail aonair chomhdhúile sileacain. Ní mór ábhair bhreise epitaxial ardcháilíochta a fhás ar an tsubstráit criostail aonair seoltaí, agus ní mór feistí éagsúla a mhonarú ar an gciseal epitaxial. Dá bhrí sin, tá tionchar mór ag caighdeán na ciseal epitaxial ar fheidhmíocht na feiste. Cuireann feabhas ar fheidhmíocht feistí cumhachta éagsúla ceanglais níos airde ar aghaidh freisin maidir le tiús ciseal epitaxial, tiúchan dópála agus lochtanna.

FIG. 1. An gaol idir tiúchan dópála agus tiús ciseal epitaxial gléas unipolar agus voltas blocála

Áirítear go príomha ar mhodhanna ullmhúcháin ciseal epitaxial SIC modh fáis galú, fás epitaxial céim leachtach (LPE), fás epitaxial bhíoma mhóilíneach (MBE) agus sil-leagan ceimiceach gaile (CVD). Faoi láthair, is é taisceadh gaile ceimiceach (CVD) an príomh-mhodh a úsáidtear le haghaidh táirgeadh ar scála mór i monarchana.

FIG. 2. Comparáid a dhéanamh ar phríomh-mhodhanna ullmhúcháin ciseal epitaxial

Ar an tsubstráit lasmuigh den ais {0001} le Uillinn tilt áirithe, mar a thaispeántar i bhFíor 2(b), tá dlús an dromchla céim níos mó, agus tá méid an dromchla céim níos lú, agus níl sé éasca le núicliú criostail. a tharlaíonn ar dhromchla na céime, ach tarlaíonn sé níos minice ag pointe cumaisc na céime. Sa chás seo, níl ach eochair nucleating amháin. Mar sin, is féidir leis an gciseal epitaxial ordú cruachta an tsubstráit a mhacasamhlú go foirfe, rud a fhágann go gcuirfí deireadh le fadhb na cómhaireachtála ilchineálacha.

FIG. 3. Léaráid próiseas fisiceach de mhodh epitaxy rialaithe céim 4H-SiC

FIG. 4. Coinníollacha criticiúla maidir le fás CVD trí mhodh epitaxy céim-rialaithe 4H-SiC

FIG. 5. Comparáid idir rátaí fáis faoi fhoinsí sileacain éagsúla in epitaxy 4H-SiC

Faoi láthair, tá teicneolaíocht epitaxy chomhdhúile sileacain sách aibí in iarratais íseal-voltais agus meánmhéide (cosúil le feistí 1200 volta). Is féidir leis an aonfhoirmeacht tiús, aonfhoirmeacht tiúchan dópála agus dáileadh lochtanna an chiseal epitaxial teacht ar leibhéal réasúnta maith, ar féidir leo freastal go bunúsach ar riachtanais lár agus ísealvoltais SBD (dé-óid Schottky), MOS (trasraitheoir éifeacht réimse leathsheoltóra ocsaíd miotail), JBS ( dé-óid acomhal) agus gléasanna eile.

Mar sin féin, i réimse an bhrú ard, tá gá fós le sliseoga epitaxial chun go leor dúshlán a shárú. Mar shampla, le haghaidh feistí a gcaithfidh 10,000 volta a sheasamh, ní mór tiús an chiseal epitaxial a bheith thart ar 100μm. I gcomparáid le feistí íseal-voltais, tá tiús na ciseal epitaxial agus aonfhoirmeacht an tiúchan dópála i bhfad difriúil, go háirithe aonfhoirmeacht an tiúchan dópála. Ag an am céanna, scriosfaidh an locht triantáin sa chiseal epitaxial feidhmíocht iomlán na feiste freisin. In iarratais ardvoltais, tá claonadh ag cineálacha feistí feistí bipolar a úsáid, a éilíonn saolré mionlaigh ard sa chiseal epitaxial, agus mar sin ní mór an próiseas a uasmhéadú chun saolré an mhionlaigh a fheabhsú.

Faoi láthair, tá an epitaxy baile den chuid is mó 4 orlach agus 6 orlach, agus tá an cion de chomhdhúile sileacain mór-mhéid epitaxy ag méadú bliain i ndiaidh bliana. Tá méid bileog epitaxial chomhdhúile sileacain teoranta go príomha ag méid an tsubstráit chomhdhúile sileacain. Faoi láthair, tá an tsubstráit chomhdhúile sileacain 6-orlach tráchtálaithe, agus mar sin tá an epitaxial chomhdhúile sileacain ag aistriú de réir a chéile ó 4 orlach go 6 orlach. Le feabhas leanúnach ar theicneolaíocht ullmhúcháin tsubstráit chomhdhúile sileacain agus leathnú acmhainne, tá praghas an tsubstráit chomhdhúile sileacain ag laghdú de réir a chéile. I gcomhdhéanamh praghas an chláir epitaxial, is ionann an tsubstráit agus níos mó ná 50% den chostas, agus mar sin le laghdú ar phraghas an tsubstráit, táthar ag súil go laghdóidh praghas bileog epitaxial chomhdhúile sileacain freisin.