جهت یابی زیربنای SiC چیست؟

از آنجا که کریستال واقعی بی نهایت نیست، در نهایت در یک هواپیما به پایان می رسد. دستگاه های نیمه هادی در سطح یا در نزدیکی سطح ساخته می شوند،بنابراین خواص سطح ممکن است بر خواص دستگاه تأثیر بگذارد.این خواص سطحی به طور کلی توسط سطح کریستال یا جهت کریستال توصیف می شوند.

1جهت گیری بستر SiC

جهت گیری کریستال: جهت نشان داده شده توسط خط بین هر دو اتم / مولکول / یون در یک سلول کریستالی جهت گیری کریستال نامیده می شود.
 

مسطح کریستال: مسطح تشکیل شده توسط یک سری از اتم ها / مولکول ها / یون ها مسطح کریستال نامیده می شود.
 

شاخص جهت گیری کریستال: یک نقطه خاص O از سلول واحد را به عنوان منبع، محور مختصات X / Y / Z را از طریق منبع O تنظیم کنید،طول وکتور شبکه سلول واحد را به عنوان واحد طول محور مختصات بگیرید، یک خط مستقیم OP را از طریق اصل O ایجاد کنید، نیاز به نقطه P برای نزدیکترین نقطه O، و آن را موازی با جهت کریستال AB، تعیین سه مقدار مختصات نقطه P،این سه مقدار را به حداقل عدد کامل u تبدیل کنیداگر یکی از u، v، w، و همچنین براکت های مربع، [uvw] شاخص جهت گیری کریستالی AB است که باید تعیین شود. اگر یکی از u، v، یا w منفی باشد، فقط علامت منفی را بالای عدد قرار دهید.یک جهت کریستالی که در آن تمام جهت های نشان داده شده توسط شاخص سازگار و موازی با یکدیگر هستند.

گروه جهت گیری کریستال: اتم های کریستال در همان مجموعه ای از کریستال قرار دارند که به عنوان خانواده کریستال شناخته می شوند، مانند سیستم کریستال مکعب، a / b / c سه مقدار یکسان هستند،[111] وافرهای بلوری به مجموع هشت تا قبیله ([111][111]، [1-11] و [11-1]، [1-11]، [- 11-1]، [1-1-1]، [1-1-1]). این گروه جهت گیری را با <111> مشخص کنید. به طور مشابه، گروه جهت گیری <100> شامل شش جهت گیری است: [100]، [010]، [001]، [-100]،[0-10] و [00-1]اگر مکعب نباشد، گروه جهت گیری می تواند با تغییر ترتیب شاخص جهت گیری متفاوت باشد.

2.نمودار طرحی از قطر وافر C و Si، سطح اولیه، سطح ثانویه و موقعیت علامت گذاری لیزر.

3چرا <100> زیربناهای بلوری اغلب برای تولید دستگاه های قدرت مانند MOSFETs استفاده می شود؟

دستگاه های قدرت به طور کلی دستگاه های کانال سطحی هستند و تراکم حالت نقایص سطحی تأثیر زیادی بر ولتاژ و قابلیت اطمینان آستانه دارد.تراکم سطح اتم (100) سطح بلور کوچکترین، و تراکم سطح اتمی مربوطه از حالت نیز کوچکترین است. پیوندهای نامشبع کمتر در سطح دستگاه وجود دارد،و نقایص کمتری در هنگام اکسید شدن سطح دستگاه ایجاد می شود.
 

با توجه به تراکم کوچک (100) سطح کریستال، اکسیداسیون حرارتی و سرعت حکاکی آن نسبتا سریع است، رهبران فرآیند <100> تحقیقات فرآیند جهت کریستال نیز بیشتر است؛
جهت <110> کریستال جهت با بیشترین تحرک الکترون در وافرهای سیلیکون است، زیرا اتم های جهت <110> کریستال نسبتا نزدیک هستند،و الکترون ها وقتی در این جهت حرکت می کنند با موانع کمتری روبرو می شوند، بنابراین تحرک الکترون بالا است. با این حال، اتم ها در جهت <100> کریستال به صورت گسسته تنظیم شده اند و الکترون ها در هنگام حرکت در این جهت با موانع زیادی مواجه می شوند،بنابراین تحرک الکترون نسبتا کم است. اگر چه وافرهای سیلیکونی با جهت گیری < 110> عملکرد بهتری در برخی جنبه ها دارندآنها اغلب به دلیل ساختار قفل تنگ و هزینه بالا و دشواری فنی برش وافرهای سیلیکونی به وافرهای جهت گیری <110> استفاده نمی شوند..
 

در برخی از طرح های طرح دستگاه، جهت سلول یا جهت پلی کریستال دروازه عمودی به کانال اسکریپت نیست، بلکه در زاویه 45 درجه با کانال اسکریپت است.هدف این است که جهت کانال جهت کریستال به <110> برسد.، تحرک حامل های بار را افزایش می دهد، از دست دادن را کاهش می دهد، علاوه بر جهت ترتیب متفاوت، ثبات کل فشارهای وافر نیز مفید است.دستگاه های بیشتر و بیشتری از نوع شکاف وجود داشت، و جهت حمل کننده های شارژ کانال عمودی به هواپیما کریستال بود، بنابراین تغییر جهت دیگر از نظر بهبود تحرک اهمیت کمی داشت.

قبل از 40 نانومتر، فرآیندهای CMOS تمایل به استفاده از <100> بستر جهت گیری کریستالی دارند. تا 28 نانومتر، برای به حداکثر رساندن تحرک PMOS، صنعت از <110> بستر جهت گیری کریستالی استفاده می کند.به این سمت، کانال PMOS حساس ترین فشار فشاری است، بنابراین تحرک می تواند تا حد زیادی بهبود یابد.فرآیند 28 نانومتری از تکنولوژی فشار سیلیکون جرمنیوم برای بهینه سازی حرکت سوراخ استفاده می کند، که می تواند حدود 20٪ در جهت کریستال <100> بهبود یابد. اگر چه <110> جهت گیری سیلیکون وافرها عملکرد بهتر در برخی از جنبه ها، به دلیل ساختار شبکه تنگ خود را،وافرهای سیلیکونی گران تر و از نظر فنی سخت تر برای برش به وافرهای جهت گیری <110> هستند..

4. چرا دستگاه های قدرت SiC اغلب از ساختار کریستالی 4H-SiC و <0001> وافرهایی ساخته شده اند?

در میان انواع مختلف کریستالی سی سی، سی سی سی 3C کمترین انرژی پیوند، بالاترین انرژی بدون شبکه و هسته سازی آسان را دارد، اما در حالت متاستحکم است،با ثبات پایین و انتقال آسان فاز جامد. انتقال فاز بیشتر تحت تاثیر شرایط خارجی رخ می دهد. بنابراین، با تغییر شرایط خارجی،3C-SiC می تواند تحت تحول فازی قرار گیرد و به اشکال کریستالی دیگر تبدیل شود.

در زیر یک مقایسه خاص از تفاوت عملکرد بین 4H-SiC و 6H-SiC برای دانستن اینکه چرا دستگاه های قدرت SiC معمولا از ساختار کریستالی 4H-SiC استفاده می کنند:

تفاوت های اصلی بین 4H SiC و 6H-SiC در ساختار کریستالی، خواص فیزیکی و خواص الکتریکی آنها است.4H SiC دارای یک نظم انباشت ABCB و یک تقارن بالاتر در مقایسه با انباشت ABABAB از 6H-SiC استاین تفاوت تقارن بر روند رشد کریستال تاثیر می گذارد و در نتیجه تراکم نقص 4H-sic و کیفیت بهتر کریستال کاهش می یابد.4H-SiC هدایت حرارتی بالاتر در امتداد محور C و تحرک حامل بالاتر را نشان می دهد، که آن را برای برنامه های فرکانس بالا و قدرت بالا مانند MOSFET ها، دیود های Schottky و ترانزیستورهای اتصال دو قطبی مناسب می کند.6H-SiC دارای نقص های سطح عمیق کمتر و نرخ ترکیب مجدد حامل کمتر است، که برای کاربردهای بستر با کیفیت بالا، مانند کاربردهای بستر با کیفیت بالا، رشد اپیتاسیال و تولید دستگاه های الکترونیکی مناسب تر است.انتخاب بین دو ساختار کریستالی بستگی به الزامات خاص دستگاه نیمه هادی و کاربرد مورد نظر آن دارد.

5چرا جهت گیری وافره دستگاه های قدرت SiC اغلب <0001> است؟

بر اساس تجزیه و تحلیل جهت گیری کریستالی سیلیکون، ساختار کریستالی 4H-SiC <0001> مزایای زیر را دارد:

مزیت ساختار کریستال:

ساختار وافر از ماده SiC دارای یک تطابق شبکه خوب در جهت کریستال <0001> است که کیفیت کریستالی بالا و یکپارچگی وافر را در رشد و فرآیند تولید وافر امکان پذیر می کند.

جهت گیری <0001> می تواند یک سطح پیوند Si-C را با تراکم پایین حالت های رابط تشکیل دهد، که برای به دست آوردن یک رابط SiC-SiO2 با کیفیت بالا مفید است.

سطح <0001> جهت کریستال نسبتا مسطح است که برای به دست آوردن رشد فیلم اپیتاسیال با کیفیت بالا مفید است.تراکم اتم های کربن در جهت بلوری <0001> بیشتر است، که موجب به دست آوردن شدت میدان الکتریکی شکست بالاتر می شود، که برای اطمینان از قابلیت اطمینان عایق دستگاه بسیار مهم است.

مزیت رسانایی حرارتی:

ماده SiC دارای رسانایی حرارتی بسیار بالا است که باعث می شود در طول کار دستگاه های برق از طریق انتشار گرما کارآمدتر شود.که عملکرد تبعید گرما تراشه را افزایش می دهد و به بهبود تراکم قدرت و قابلیت اطمینان دستگاه قدرت کمک می کند.

مزایای عملکرد دستگاه: سی سی وفر <0001> می تواند جریان نشت پایین تر و ولتاژ شکستن بالاتر را به دست آورد.وافره SiC همچنین دارای تحرک حامل بالاتر و اثر قطبی بزرگ خود به خود است، که می تواند برای افزایش تراکم الکترون کانال MOSFET ، بهبود جریان رسانایی در حالت رسانایی استفاده شود ،و کمک به بهبود سرعت سوئیچ و فرکانس کار دستگاه.