معرفی محصول از ویفرهای 3C-SiC

ویفرهای 3C-SiC که با نام ویفرهای کاربید سیلیکون مکعبی نیز شناخته می‌شوند، عضو کلیدی خانواده نیمه‌رساناهای شکاف باند وسیع هستند. ویفرهای 3C-SiC با ساختار کریستالی مکعبی منحصربه‌فرد و خواص فیزیکی و شیمیایی استثنایی خود، به طور گسترده در الکترونیک قدرت، دستگاه‌های فرکانس رادیویی، حسگرهای دمای بالا و موارد دیگر استفاده می‌شوند. در مقایسه با سیلیکون معمولی و سایر پلی‌تیپ‌های SiC مانند 4H-SiC و 6H-SiC، 3C-SiC تحرک الکترونی بالاتری و ثابت شبکه‌ای نزدیک‌تر به سیلیکون ارائه می‌دهد که امکان سازگاری رشد اپی‌تاکسیال برتر و کاهش هزینه‌های تولید را فراهم می‌کند.

به لطف هدایت حرارتی بالا، شکاف باند وسیع و ولتاژ شکست بالا، ویفرهای 3C-SiC عملکرد پایداری را در شرایط سخت مانند دمای بالا، ولتاژ بالا و فرکانس بالا حفظ می‌کنند و آن‌ها را برای نسل بعدی دستگاه‌های الکترونیکی با راندمان بالا و صرفه‌جویی در انرژی ایده‌آل می‌کند.

ویژگیاز ویفرهای 3C-SiC

2-5×10⁶ V/cm
 

2-5×10⁶ V/cm
2-5×10⁶ V/cm

سرعت رانش اشباع

2.0×10⁵ m/s
2.0×10⁵ m/s

2.7×10⁷ m/s
فرآیند تولید ویفرهای 3C-SiC

آماده‌سازی زیرلایه
 

ویفرهای 3C-SiC معمولاً بر روی زیرلایه‌های سیلیکون (Si) یا کاربید سیلیکون (SiC) رشد می‌کنند. زیرلایه‌های سیلیکون مزایای هزینه‌ای را ارائه می‌دهند، اما به دلیل عدم تطابق شبکه و انبساط حرارتی که باید با دقت مدیریت شوند تا نقص‌ها به حداقل برسند، چالش‌هایی را ایجاد می‌کنند. زیرلایه‌های SiC تطابق شبکه‌ای بهتری را ارائه می‌دهند که منجر به لایه‌های اپی‌تاکسیال با کیفیت بالاتر می‌شود.
رشد اپی‌تاکسیال رسوب بخار شیمیایی (CVD)

فیلم‌های تک کریستالی 3C-SiC با کیفیت بالا بر روی زیرلایه‌ها از طریق رسوب بخار شیمیایی رشد می‌کنند. گازهای واکنش‌دهنده مانند متان (CH4) و سیلان (SiH4) یا کلروسیلان‌ها (SiCl4) در دماهای بالا (~1300 درجه سانتی‌گراد) واکنش می‌دهند تا کریستال 3C-SiC را تشکیل دهند. کنترل دقیق نرخ جریان گاز، دما، فشار و زمان رشد، یکپارچگی کریستالی و یکنواختی ضخامت لایه اپی‌تاکسیال را تضمین می‌کند.
کنترل نقص و مدیریت تنش

به دلیل عدم تطابق شبکه بین زیرلایه Si و 3C-SiC، نقص‌هایی مانند نابجایی‌ها و خطاهای انباشتگی می‌توانند در طول رشد ایجاد شوند. بهینه‌سازی پارامترهای رشد و استفاده از لایه‌های بافر به کاهش تراکم نقص‌ها و بهبود کیفیت ویفر کمک می‌کند.
برش و پولیش ویفر

پس از رشد اپی‌تاکسیال، مواد به اندازه‌های ویفر استاندارد برش داده می‌شوند. مراحل متعدد سنگ‌زنی و پولیش دنبال می‌شود و به صافی و مسطح بودن درجه صنعتی می‌رسد، با زبری سطح اغلب زیر مقیاس نانومتر، مناسب برای ساخت نیمه‌رسانا.
دوپینگ و تنظیم خواص الکتریکی

دوپینگ نوع N یا نوع P در طول رشد با تنظیم غلظت گازهای دوپانت مانند نیتروژن یا بور معرفی می‌شود و خواص الکتریکی ویفرها را با توجه به الزامات طراحی دستگاه تنظیم می‌کند. غلظت دوپینگ دقیق و یکنواختی برای عملکرد دستگاه بسیار مهم است.
اصول مواد و مزایای عملکرد

ساختار کریستالی

3C-SiC دارای ساختار کریستالی مکعبی (گروه فضایی F43m) مشابه سیلیکون است که رشد اپی‌تاکسیال بر روی زیرلایه‌های سیلیکون را تسهیل می‌کند و نقص‌های ناشی از عدم تطابق شبکه را کاهش می‌دهد. ثابت شبکه آن تقریباً 4.36 Å است.

نیمه‌رسانای شکاف باند وسیع
با شکاف باندی حدود 2.3 eV، 3C-SiC از سیلیکون (1.12 eV) فراتر می‌رود و امکان عملکرد در دماها و ولتاژهای بالاتر را بدون جریان نشتی ناشی از حامل‌های تحریک شده حرارتی فراهم می‌کند و مقاومت حرارتی و استقامت ولتاژ دستگاه را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد.

هدایت حرارتی بالا و پایداری
کاربید سیلیکون هدایت حرارتی نزدیک به 490 W/m·K را نشان می‌دهد که به طور قابل توجهی بالاتر از سیلیکون است و امکان اتلاف سریع گرما از دستگاه‌ها را فراهم می‌کند، تنش حرارتی را کاهش می‌دهد و طول عمر دستگاه را در کاربردهای پرقدرت افزایش می‌دهد.

تحرک حامل بالا
3C-SiC دارای تحرک الکترونی تقریباً 800 cm²/V·s است که بالاتر از 4H-SiC است و امکان سرعت سوئیچینگ سریع‌تر و پاسخ فرکانسی بهتر را برای دستگاه‌های RF و الکترونیکی با سرعت بالا فراهم می‌کند.

مقاومت در برابر خوردگی و استحکام مکانیکی
این ماده در برابر خوردگی شیمیایی بسیار مقاوم و از نظر مکانیکی قوی است و برای محیط‌های صنعتی خشن و فرآیندهای میکرو-ساخت دقیق مناسب است.

کاربردهای ویفرهای 3C-SiC
ویفرهای 3C-SiC به دلیل خواص مواد برتر خود به طور گسترده در زمینه‌های الکترونیکی و اپتوالکترونیکی پیشرفته مختلف استفاده می‌شوند:

الکترونیک قدرت

3C-SiC که در MOSFETهای قدرت با راندمان بالا، دیودهای شاتکی و ترانزیستورهای دوقطبی عایق‌شده (IGBT) استفاده می‌شود، دستگاه‌ها را قادر می‌سازد تا در ولتاژها، دماها و سرعت‌های سوئیچینگ بالاتر با تلفات انرژی کمتر کار کنند.
دستگاه‌های فرکانس رادیویی (RF) و مایکروویو

ایده‌آل برای تقویت‌کننده‌ها و دستگاه‌های قدرت با فرکانس بالا در ایستگاه‌های پایه ارتباطی 5G، سیستم‌های راداری و ارتباطات ماهواره‌ای، بهره‌مندی از تحرک الکترونی بالا و پایداری حرارتی.
حسگرهای دمای بالا و MEMS

مناسب برای سیستم‌های میکرو-الکترومکانیکی (MEMS) و حسگرهایی که باید به طور قابل اعتماد در دماهای شدید و محیط‌های شیمیایی خشن، مانند نظارت بر موتور خودرو و ابزار دقیق هوافضا، کار کنند.
اپتوالکترونیک

با استفاده از LEDهای فرابنفش (UV) و دیودهای لیزری، استفاده از شفافیت نوری و سختی تابشی 3C-SiC.
وسایل نقلیه الکتریکی و انرژی تجدیدپذیر

از ماژول‌های اینورتر با کارایی بالا و مبدل‌های قدرت پشتیبانی می‌کند و راندمان و قابلیت اطمینان را در وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر بهبود می‌بخشد.
سوالات متداول (FAQ) از ویفرهای 3C-SiC

سؤال 1: مزیت اصلی ویفرهای 3C-SiC نسبت به ویفرهای سیلیکونی سنتی چیست؟

پاسخ 1: 3C-SiC دارای شکاف باند وسیع‌تری (حدود 2.3 eV) نسبت به سیلیکون (1.12 eV) است که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد در دماها، ولتاژها و فرکانس‌های بالاتر با راندمان و پایداری حرارتی بهتر کار کنند.

سؤال 2: 3C-SiC چگونه با سایر پلی‌تیپ‌های SiC مانند 4H-SiC و 6H-SiC مقایسه می‌شود؟

پاسخ 2: 3C-SiC تطابق شبکه‌ای بهتری با زیرلایه‌های سیلیکون و تحرک الکترونی بالاتری ارائه می‌دهد که برای دستگاه‌های با سرعت بالا و ادغام با فناوری سیلیکون موجود مفید است. با این حال، 4H-SiC از نظر در دسترس بودن تجاری بالغ‌تر است و شکاف باند وسیع‌تری (~3.26 eV) دارد.

سؤال 3: چه اندازه‌های ویفری برای 3C-SiC موجود است؟