جزئیات وبلاگ

زیربناهای سیلیکون کاربید (SiC) تبدیل به یک ماده پایه ای برای نسل بعدی الکترونیک شده اند، دستگاه هایی را که در ولتاژ های بالاتر، دمای بالاتر،و بهره وری بالاتر از تکنولوژی های سنتی مبتنی بر سیلیکونبه عنوان تصویب SiC در سراسر الکترونیک قدرت، ارتباطات RF و زمینه های کوانتومی و سنجش در حال ظهور تسریع می شود، انتخاب بستر به یک تصمیم اولیه طراحی مهم تبدیل شده است.

از جمله رایج ترینزیربنای SiCنوع N-type conductive SiC و High-Purity Semi-Isolating (HPSI) SiC به اهداف بسیار متفاوتی خدمت می کنند. اگرچه ممکن است از نظر ساختار کریستالی و پایان سطح مشابه باشند،رفتار الکتریکی آنها، تحمل نقص و کاربردهای هدف اساسا متفاوت است.

این مقاله یک مقایسه روشن و مبتنی بر کاربرد از نوع N وزیربناهای SiC HPSI، به مهندسان، محققان و تیم های خرید کمک می کند تا تصمیمات آگاهانه ای را بر اساس الزامات دستگاه و نه اصطلاحات بازاریابی اتخاذ کنند.

1. درک اصول زیربنای SiC

قبل از مقایسه نوع N و HPSI SiC، مفید است که آنچه را که آنها مشترک دارند، روشن کنیم.

بیشتر زیربناهای SiC تجاری عبارتند از:

• مواد تک کریستالی که با انتقال بخار فیزیکی (PVT) رشد می کنند

• به طور معمول پلی تیپ 4H-SiC، به دلیل تحرک الکترون برتر و ساختار باند

• در عرض 4 اینچ تا 8 اینچ در دسترس است، با 6 اینچ در حال حاضر بر تولید انبوه تسلط دارد

تفاوت اصلی بین انواع بستر نه در شبکه کریستالی، بلکه در کنترل عمدی ناخالصی و مقاومت الکتریکی است.

2سي سي نوع N چيست؟

2.1 تعریف و مکانیسم استفاده از دارو

سوبسترات های SiC نوع N به طور عمدی با ناخالصی های اهدا کننده، معمولا نیتروژن (N) تزریق می شوند. این تزریق کننده ها الکترون های آزاد را به شبکه کریستالی وارد می کنند،ساخت بستر به صورت الکتریکی رسانا.

ویژگی های معمولی:

• مقاومت: ~ 0.01 ≈ 0.1 Ω · cm

• حامل های اکثریت: الکترون

• رفتار رسانا: پایدار در طیف گسترده ای از دما

2.2 چرا رسانایی مهم است

در بسیاری از دستگاه های برق و اپتو الکترونیک، بستر نه تنها یک پشتیبانی مکانیکی است بلکه به عنوان:

• مسیر هدایت جریان

• کانال تبعید حرارتی

• پتانسیل الکتریکی مرجع

بستر های نوع N معماری دستگاه عمودی را که جریان جریان از طریق بستر خود را فراهم می کند، طراحی دستگاه را ساده می کند و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد.

3HPSI SiC چیست؟

3.1 تعریف و استراتژی پرداخت خسارت

HPSI SiC (High-Purity Semi-Isolating SiC) به گونه ای طراحی شده است که مقاومت بسیار بالایی داشته باشد، به طور معمول بیشتر از 107 ≈ 109 Ω · cm.تولید کنندگان با دقت آلودگی های باقی مانده و نقص های ذاتی را متعادل می کنند تا حامل های آزاد را سرکوب کنند..

این امر از طریق:

• استفاده از مواد مخدر در پس زمینه بسیار کم

• جبران خسارت بین اهدا کنندگان و پذیرندگان

• کنترل دقیق شرایط رشد کریستال

3.2 جداسازی الکتریکی به عنوان یک ویژگی

برخلاف بستر های نوع N، HPSI SiC برای مسدود کردن جریان جریان طراحی شده است. ارزش آن در ارائه این است:

• عایق برق

• هدایت کم انگل

• عملکرد ثابت RF در فرکانس های بالا

در دستگاه های RF و مایکروویو، رسانایی بستر ناخواسته به طور مستقیم کارایی دستگاه و یکپارچگی سیگنال را کاهش می دهد.

4. مقایسه کنار هم

5راهنمای انتخاب مبتنی بر برنامه

5.1 برق برق: مزیت واضح نسبت به نوع N

دستگاه های معمولی:

• MOSFETهای SiC

• دیود های مانع شوتکی (SBD)

• دیود های PiN

• ماژول های برق برای وسایل نقلیه الکتریکی و زیرساخت های شارژ

چرا نوع N بهتر جواب میده:

• از جریان عمودی جریان پشتیبانی می کند

• مقاومت کم را فعال می کند

• رسانایی حرارتی عالی برای از بین بردن گرما دارد

استفاده از HPSI SiC در دستگاه های قدرت باعث ایجاد مقاومت الکتریکی غیر ضروری و طراحی پیچیده دستگاه می شود.

حکم:
نوع N-SiC استاندارد صنعت الکترونیک قدرت است

5.2 دستگاه های RF و مایکروویو: HPSI ضروری است

دستگاه های معمولی:

• HEMT های RF GaN-on-SiC

• تقویت کننده های قدرت مایکروویو

• اجزای رادار و ارتباطات ماهواره ای

چرا HPSI مهم است:

• به حداقل رساندن از دست دادن سیگنال RF به زیربنای

• ظرفیت انگل ها را کاهش می دهد

• افزایش بهره وری، خطی بودن و بهره وری انرژی

در کاربردهای RF، حتی رسانایی جزئی بستر می تواند منجر به کاهش عملکرد در فرکانس های بالا شود.

حکم:

HPSI SiC انتخاب ترجیحی برای سیستم های RF و مایکروویو است

5.3 اپتوالکترونیک و حسگر: بستگی به مورد

کاربرد هایی مانند:

• فتو دتکتورهای ماوراء بنفش

• سنسورهای درجه حرارت بالا

• ساختارهای اپتوالکترونیک تخصصی

ممکن است از زیربنای نوع N یا نیمه عایق استفاده کنند، بسته به:

• معماری دستگاه

• الزامات سیگنال به سر و صدا

• ادغام با مواد دیگر

در این موارد، انتخاب بستر اغلب در مرحله طراحی اپیتاکسی و مدار تعیین می شود، نه تنها توسط بستر.

6اعتبار، نقص ها و ملاحظات حاصل

از منظر تولید، هر دو نوع بستر باید الزامات کیفیت سختگیرانه را برآورده کنند:

• تراکم کم میکروپایپ

• انحرافات کنترل شده سطح پایه (BPD)

• مقاومت و ضخامت یکسان

با این حال، بستر های HPSI نسبت به نقص های رشد حساس تر هستند، زیرا حامل های ناخواسته می توانند مقاومت را به شدت کاهش دهند. این منجر به:

• بازده کلی پایین تر

• هزینه های بالاتر بازرسی و صلاحیت

• قیمت نهایی بالاتر

در مقابل، بستر های نوع N، سطوح معیوب را در محیط های تولید حجم بالا به راحتی تحمل می کنند.

7. واقعیت هزینه و زنجیره تامین

در حالی که قیمت گذاری با توجه به اندازه و کیفیت وافره متفاوت است، روند کلی این است:

• نوع N SiC:

  • زنجیره تامین بالغ تر

  • حجم تولید بیشتر

  • هزینه کمتر برای هر وافره

• HPSI SiC

  • تامین کنندگان واجد شرایط محدود

  • کنترل رشد سخت تر

  • هزینه های بالاتر و زمان تحویل طولانی تر

برای پروژه های تجاری، این عوامل اغلب به اندازه عملکرد فنی بر انتخاب بستر تأثیر می گذارند.

8چگونه بستر مناسب را انتخاب کنیم

یک چارچوب تصمیم گیری عملی:

1. آیا جریان باید از طریق زیربنای جریان داشته باشد؟
   → بله → SiC نوع N

2. آیا جداسازی الکتریکی برای عملکرد دستگاه ضروری است؟
   → بله → HPSI SiC

3. آیا کاربرد RF، مایکروویو یا فرکانس بالا است؟
   → تقریبا همیشه → HPSI SiC

4. آیا حساسیت هزینه با حجم تولید بزرگ بالا است؟
   → احتمال دارد → SiC نوع N

نتیجه گیری

زیربناهای SiC نوع N و HPSI جایگزین های رقابتی نیستند، بلکه مواد ساخته شده به منظور بهینه سازی نیازهای دستگاه های اساسا متفاوت هستند.SiC نوع N باعث هدایت برق و مدیریت حرارتی کارآمد می شوددر مقابل، HPSI SiC، عایق الکتریکی لازم را برای برنامه های فرکانس بالا و RF که در آن یکپارچگی سیگنال بسیار مهم است، فراهم می کند.

درک این تمایزها در سطح بستر کمک می کند تا از طراحی مجدد گران در طول چرخه توسعه جلوگیری شود و اطمینان حاصل شود که انتخاب مواد با عملکرد طولانی مدت، قابلیت اطمینان،و اهداف مقیاس پذیری.

در تکنولوژی SiC، بستر مناسب بهترین زیربنای موجود نیست، بلکه مناسب ترین زیربنایی است که برای کاربرد شما مناسب است.