ساختار زیرلایه ویفر SiCOI با ضخامت 4 اینچ و 6 اینچ HPSI SiC SiO2 Si
ساختار ویفر SiCOI
HPB (پیوند با کارایی بالا)، BIC (مدار مجتمع پیوندی) و SOD (فناوری شبه سیلیکون روی الماس یا سیلیکون روی عایق). این شامل موارد زیر است:
معیارهای عملکرد:
پارامترهایی مانند دقت، انواع خطا (مثلاً "بدون خطا"، "فاصله مقدار") و اندازه‌گیری‌های ضخامت (مثلاً "ضخامت لایه مستقیم/کیلوگرم") را فهرست می‌کند.
جدولی با مقادیر عددی (احتمالاً پارامترهای تجربی یا فرآیندی) تحت عناوینی مانند "ADDR/SYGBDT"، "10/0" و غیره
داده‌های ضخامت لایه:
ورودی‌های تکراری فراوان با برچسب‌های «ضخامت L1 (A)» تا «ضخامت L270 (A)» (احتمالاً بر حسب آنگستروم، 1 آنگستروم = 0.1 نانومتر).
یک ساختار چند لایه با کنترل دقیق ضخامت برای هر لایه، که معمولاً در ویفرهای نیمه‌هادی پیشرفته وجود دارد، پیشنهاد می‌دهد.
ساختار ویفر SiCOI
SiCOI (کاربید سیلیکون روی عایق) یک ساختار ویفر تخصصی است که کاربید سیلیکون (SiC) را با یک لایه عایق ترکیب می‌کند، مشابه SOI (سیلیکون روی عایق) اما برای کاربردهای توان بالا/دمای بالا بهینه شده است. ویژگی‌های کلیدی:
ترکیب لایه:
لایه رویی: کاربید سیلیکون تک کریستالی (SiC) برای تحرک بالای الکترون و پایداری حرارتی.
عایق دفن‌شده: معمولاً SiO₂ (اکسید) یا الماس (در SOD) برای کاهش ظرفیت خازنی انگلی و بهبود ایزولاسیون.
زیرلایه پایه: سیلیکون یا SiC پلی کریستالی برای پشتیبانی مکانیکی
خواص ویفر SiCOI
خواص الکتریکی شکاف باند وسیع (۳.۲ eV برای 4H-SiC): ولتاژ شکست بالا (بیش از ۱۰ برابر بیشتر از سیلیکون) را امکان‌پذیر می‌کند. جریان‌های نشتی را کاهش می‌دهد و راندمان دستگاه‌های قدرت را بهبود می‌بخشد.
تحرک الکترونی بالا:تقریباً 900 cm²/V·s (4H-SiC) در مقابل تقریباً 1400 cm²/V·s (Si)، اما عملکرد میدان بالا بهتر است.
مقاومت کم در حالت روشن:ترانزیستورهای مبتنی بر SiCOI (مثلاً MOSFETها) تلفات هدایت کمتری از خود نشان می‌دهند.
عایق‌بندی عالی:لایه اکسید (SiO₂) یا الماسِ مدفون، ظرفیت خازنی و تداخل نویز را به حداقل می‌رساند.
- خواص حرارتیرسانایی حرارتی بالا: SiC (حدود ۴۹۰ W/m·K برای ۴H-SiC) در مقابل Si (حدود ۱۵۰ W/m·K). الماس (در صورت استفاده به عنوان عایق) می‌تواند از ۲۰۰۰ W/m·K فراتر رود و اتلاف گرما را افزایش دهد.
پایداری حرارتی:با اطمینان در دمای بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتیگراد (در مقایسه با حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد برای سیلیکون) کار می‌کند. نیاز به خنک‌کننده در الکترونیک قدرت را کاهش می‌دهد.
۳. خواص مکانیکی و شیمیاییسختی بسیار بالا (~9.5 موس): در برابر سایش مقاوم است و SiCOI را برای محیط‌های خشن بادوام می‌کند.
بی‌اثری شیمیایی:در برابر اکسیداسیون و خوردگی حتی در شرایط اسیدی/قلیایی مقاوم است.
انبساط حرارتی کم:با سایر مواد با دمای بالا (مثلاً GaN) به خوبی مطابقت دارد.
۴. مزایای ساختاری (در مقایسه با SiC توده‌ای یا SOI)
کاهش تلفات بستر:لایه عایق از نشت جریان به داخل بستر جلوگیری می‌کند.
عملکرد RF بهبود یافته:خازن پارازیتی کمتر، سوئیچینگ سریع‌تر را امکان‌پذیر می‌کند (که برای دستگاه‌های 5G/mmWave مفید است).
طراحی انعطاف‌پذیر:لایه بالایی نازک SiC امکان مقیاس‌بندی بهینه دستگاه (مثلاً کانال‌های بسیار نازک در ترانزیستورها) را فراهم می‌کند.
مقایسه با SOI و SiC حجیم
| ملک | سیکوی | SOI (Si/SiO₂/Si) | SiC فله |
| باندگپ | ۳.۲ الکترون‌ولت (SiC) | ۱.۱ الکترون‌ولت (سی‌سی) | ۳.۲ الکترون‌ولت (SiC) |
| رسانایی حرارتی | بالا (SiC + الماس) | کم (SiO₂ جریان گرما را محدود می‌کند) | بالا (فقط SiC) |
| ولتاژ شکست | بسیار بالا | متوسط | بسیار بالا |
| هزینه | بالاتر | پایین‌تر | بالاترین (SiC خالص) |
کاربردهای ویفر SiCOI
الکترونیک قدرت
ویفرهای SiCOI به طور گسترده در دستگاه‌های نیمه‌هادی ولتاژ بالا و توان بالا مانند MOSFETها، دیودهای شاتکی و سوئیچ‌های قدرت استفاده می‌شوند. شکاف باند وسیع و ولتاژ شکست بالای SiC، تبدیل توان کارآمد را با کاهش تلفات و افزایش عملکرد حرارتی امکان‌پذیر می‌سازد.
دستگاه‌های فرکانس رادیویی (RF)
لایه عایق در ویفرهای SiCOI، ظرفیت خازنی پارازیتی را کاهش می‌دهد و آنها را برای ترانزیستورها و تقویت‌کننده‌های فرکانس بالا که در فناوری‌های مخابرات، رادار و 5G استفاده می‌شوند، مناسب می‌سازد.
سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS)
ویفرهای SiCOI به دلیل بی‌اثر بودن شیمیایی و استحکام مکانیکی SiC، بستری مستحکم برای ساخت حسگرها و محرک‌های MEMS فراهم می‌کنند که به طور قابل اعتمادی در محیط‌های سخت کار می‌کنند.
الکترونیک دما بالا
SiCOI به قطعات الکترونیکی این امکان را می‌دهد که عملکرد و قابلیت اطمینان را در دماهای بالا حفظ کنند و در کاربردهای خودرو، هوافضا و صنعتی که در آنها دستگاه‌های سیلیکونی معمولی از کار می‌افتند، مفید واقع شوند.
دستگاه‌های فوتونیک و اپتوالکترونیکی
ترکیب خواص نوری SiC و لایه عایق، ادغام مدارهای فوتونی با مدیریت حرارتی بهبود یافته را تسهیل می‌کند.
الکترونیک مقاوم در برابر اشعه
با توجه به تحمل ذاتی SiC در برابر تابش، ویفرهای SiCOI برای کاربردهای فضایی و هسته‌ای که به دستگاه‌هایی نیاز دارند که در محیط‌های با تابش بالا مقاومت کنند، ایده‌آل هستند.
پرسش و پاسخ در مورد ویفر SiCOI
سوال ۱: ویفر SiCOI چیست؟
الف) SiCOI مخفف سیلیکون کاربید روی عایق است. این یک ساختار ویفر نیمه‌هادی است که در آن یک لایه نازک از سیلیکون کاربید (SiC) روی یک لایه عایق (معمولاً دی‌اکسید سیلیکون، SiO₂) پیوند خورده است که توسط یک زیرلایه سیلیکونی پشتیبانی می‌شود. این ساختار خواص عالی SiC را با ایزولاسیون الکتریکی از عایق ترکیب می‌کند.
س ۲: مزایای اصلی ویفرهای SiCOI چیست؟
الف) مزایای اصلی شامل ولتاژ شکست بالا، شکاف باند وسیع، رسانایی حرارتی عالی، سختی مکانیکی برتر و کاهش ظرفیت خازنی پارازیتی به لطف لایه عایق است. این امر منجر به بهبود عملکرد، کارایی و قابلیت اطمینان دستگاه می‌شود.
س ۳: کاربردهای معمول ویفرهای SiCOI چیست؟
الف) آنها در الکترونیک قدرت، دستگاه‌های RF با فرکانس بالا، حسگرهای MEMS، الکترونیک دمای بالا، دستگاه‌های فوتونیک و الکترونیک سخت‌شده با تابش استفاده می‌شوند.
نمودار تفصیلی
