SiC-on-Insulator SiCOI سبسترات های رسانایی حرارتی بالا محدوده گسترده

معرفی کنید

فیلم های نازک کربید سیلیکون بر روی عایق (SiCOI) مواد ترکیبی نوآورانه ای هستند که به طور معمول با قرار دادن یک لایه نازک کربید سیلیکون (SiC) یک کریستال با کیفیت بالا (500~600 نانومتر) ساخته می شوند.بسته به کاربردهای خاص) بر روی یک بستر دی اکسید سیلیکون (SiO2). SiC به خاطر رسانایی حرارتی استثنایی، ولتاژ شکست بالا و مقاومت شیمیایی برجسته اش مشهور است.این ماده می تواند به طور همزمان با الزامات سخت از قدرت بالا، فرکانس بالا و کاربردهای دمای بالا.
                                                               

اصل

تولید فیلم های نازک SiCOI می تواند با استفاده از فرآیندهای سازگار با CMOS مانند برش یون و اتصال ، به دست آید و در نتیجه امکان ادغام بی نقص با مدارهای الکترونیکی موجود را فراهم می کند.

فرآیند برش یون
یکی از این فرآیندها بر اساس برش یون (Smart Cut) و انتقال لایه SiC و سپس پیوند وافره است.این تکنیک برای تولید مقیاس بزرگ سیلیکون روی عایق (SOI) استفاده شده است.با این حال، در کاربردهای SiC، کاشت یون ممکن است آسیب هایی را ایجاد کند که نمی تواند با گرمایش حرارتی بازیابی شود و منجر به از دست دادن بیش از حد در سازه های فوتونی شود.گرمایش گرمایی با دمای بالا که بیش از 1000 درجه سانتیگراد است، همیشه با برخی از الزامات فرآیند سازگار نیست..

 
برای حل این مشکلات، تکنیک های شیب و پاکسازی مکانیکی شیمیایی (CMP) می تواند برای رقیق کردن مستقیم SiC/SiO2 - Si بسته شده به <1 μm استفاده شود، به دست آوردن یک سطح صاف.رقیق کردن بیشتر می تواند از طریق حکاکی یون واکنش پذیر (RIE) حاصل شودعلاوه بر این، CMP با کمک اکسیداسیون مرطوب ثابت شده است که به طور موثر خشکی سطح و تلفات پراکندگی را کاهش می دهد.در حالی که گرمایش با دمای بالا می تواند کیفیت وافر را بهینه کند.
                                                                 

تکنولوژی اتصال وافره
روش آماده سازی دیگر تکنولوژی اتصال وافرهکه شامل اعمال فشار بین سیلیکون کاربید (SiC) و سیلیکون (Si) و استفاده از لایه های اکسیداسیون حرارتی دو وافر برای پیوند استبا این حال، لایه اکسیداسیون حرارتی SiC ممکن است باعث نقص های محلی در رابط SiC - اکسید شود. این نقص ها ممکن است منجر به افزایش از دست دادن نوری یا تشکیل تله های شارژ شود.علاوه بر اين، لایه دی اکسید سیلیکون بر روی SiC معمولاً با رسوب بخار شیمیایی تقویت شده توسط پلاسما (PECVD) تهیه می شود و این فرآیند همچنین ممکن است مشکلات ساختاری خاصی را ایجاد کند.

 
برای غلبه بر چالش های فوق، یک فرآیند تولید تراشه 3C - SiCOI جدید پیشنهاد شده است که یک فرآیند پیوند آنودیک را در ترکیب با شیشه بوروسیلیکات،بنابراین حفظ تمام توابع میکرو ماشین آلات سیلیکون / CMOS و فوتونیک SiCعلاوه بر این، SiC بی شکل نیز می تواند به طور مستقیم توسط PECVD یا اسپوتر روی Wafer SiO2/Si قرار گیرد، بنابراین به یکپارچه سازی فرآیند ساده دست پیدا می کند.تمام این روش ها کاملا با فرآیندهای CMOS سازگار هستند، ترویج بیشتر کاربرد SiCOI در زمینه فوتونیک.
                                                                                 

مزایا
در مقایسه با سیستم عامل های مواد موجود از سیلیکون - روی - عایق کننده (SOI) ، نیترید سیلیکون (SiN) ، و لیتیوم نیوبات - روی - عایق کننده (LNOI) ،بستر مواد SiCOI مزایای قابل توجهی در برنامه های کاربردی نوری را نشان می دهد و به عنوان بستر مواد نسل بعدی برای فناوری کوانتومی در حال ظهور استمزایای خاص این است که:

• آن را نشان می دهد شفافیت عالی در محدوده طول موج از حدود 400 نانومتر تا حدود 5000 نانومتر و به دست آوردن عملکرد برجسته با یک از دست دادن موج کمتر از 1 dB / cm.
• از عملکردهای متعددی مانند تعدیل الکترو آپتیک، سوئیچینگ حرارتی و تنظیم فرکانس پشتیبانی می کند.
• آن نشان می دهد نسل دوم هارمونیک و دیگر ویژگی های نطقی غیر خطی و می تواند به عنوان یک بستر منبع فوتون واحد بر اساس مراکز رنگی عمل کند.

 
​درخواست ها

علاوه بر این، SiCOI مزایای کربید سیلیکون (SiC) را در هادی گرمائی بالا و ولتاژ شکستن بالا با خواص عایق بندی الکتریکی خوب عایق ها ترکیب می کند.و خواص نوري وافرهاي اصلي سي سي سي را بهبود مي بخشداز آن به طور گسترده ای در زمینه های فناوری بالا مانند فوتونیک یکپارچه، اپتیک کوانتومی و دستگاه های قدرت استفاده می شود.محققان تعداد زيادي از اجزای فوتونيک با کيفيت بالا رو ابداع کرده اند، از جمله موج های خطی، رزناتورهای میکرو رینگ، موج های کریستالی فوتونیک، رزناتورهای میکرو دیسک، ماژولاتورهای الکترو آپتیک، مداخله سنج های Mach - Zehnder (MZIs) ، و تقسیم کننده های پرتو.این قطعات از دست دادن کم و عملکرد بالا برخوردار هستند، که یک پایه فنی محکم برای ارتباطات کوانتومی، محاسبات فوتونیک و دستگاه های قدرت فرکانس بالا فراهم می کند.
 
 
فیلم های نازک کربید سیلیکون بر روی عایق (SiCOI) مواد ترکیبی نوآورانه ای هستند که به طور معمول با قرار دادن یک لایه نازک کربید سیلیکون (SiC) یک کریستال با کیفیت بالا (500~600 نانومتر) ساخته می شوند.بسته به کاربردهای خاص) بر روی یک بستر دی اکسید سیلیکون (SiO2). SiC به خاطر رسانایی حرارتی استثنایی، ولتاژ شکست بالا و مقاومت شیمیایی برجسته اش مشهور است.این ماده می تواند به طور همزمان با الزامات سخت از قدرت بالا، فرکانس بالا و کاربردهای دمای بالا.
 
                                                      
 

پرسش و پاسخ

سوال1: تفاوت بین SICOI و دستگاه های سنتی SiC-on-Si چیست؟
الف:بستر عایق SICOI (به عنوان مثال، Al2O3) ظرفیت انگل و جریان نشت را از بستر های سیلیکون حذف می کند در حالی که از نقص های ناشی از عدم تطابق شبکه جلوگیری می کند.این منجر به قابلیت اطمینان دستگاه و عملکرد فرکانس برتر می شود.
 
س2: آیا می توانید یک مورد کاربرد معمول SICOI را در الکترونیک خودرو ارائه دهید؟
​​الف:اینورترهای مدل ۳ تسلا از MOSFETهای SiC استفاده می کنند. دستگاه های مبتنی بر SICOI در آینده می توانند تراکم برق و محدوده دمای عملیاتی را بیشتر افزایش دهند.
 
س3: مزایای SICOI در مقایسه با SOI (سیلیکون - روی - عایق) چیست؟
​​الف:

• ​​عملکرد مواد:فاصله باند گسترده SICOI امکان کار در قدرت و دماهای بالاتر را فراهم می کند، در حالی که SOI توسط اثرات حامل گرم محدود می شود.
• عملکرد نوری:SICOI از دست دادن موج هدایت < 1 dB / cm را به دست می آورد، به طور قابل توجهی کمتر از SOI ~ 3 dB / cm است، که آن را برای فوتونیک فرکانس بالا مناسب می کند.
• ​​گسترش عملکردی:SICOI از اپتیک غیرخطی پشتیبانی می کند (به عنوان مثال، نسل هارمونیک دوم) ، در حالی که SOI عمدتاً بر اثرات اپتیک خطی تکیه می کند.

 
محصولات مرتبط