Grunnkynning á SiC epitaxial vaxtarferli

Epitaxial lag er tiltekin eins kristalsfilma sem ræktuð er á skífunni með ep·itaxial ferli, og undirlagsskífan og epitaxial filman eru kölluð epitaxial obláta. Með því að rækta kísilkarbíð þekjulagið á leiðandi kísilkarbíð undirlaginu er hægt að útbúa kísilkarbíð einsleita epitaxial diskinn frekar í Schottky díóða, MOSFET, IGBT og önnur afltæki, þar á meðal 4H-SiC hvarfefni er oftast notað.

Vegna mismunandi framleiðsluferlis kísilkarbíðorkubúnaðar og hefðbundins kísilorkubúnaðar er ekki hægt að framleiða það beint á kísilkarbíð einskristal efni. Viðbótar hágæða epitaxial efni verður að rækta á leiðandi einskristal undirlaginu og ýmis tæki verða að vera framleidd á epitaxial laginu. Þess vegna hafa gæði epitaxial lagsins mikil áhrif á frammistöðu tækisins. Umbætur á afköstum mismunandi afltækja setja einnig fram hærri kröfur um þykkt epitaxial lags, lyfjaþéttni og galla.

MYND. 1. Tengsl á milli lyfjagjafarstyrks og þykktar epitaxiallags einpóla tækisins og blokkunarspennu

Undirbúningsaðferðir SIC epitaxial lagsins fela aðallega í sér uppgufun vaxtaraðferð, fljótandi fasa epitaxial vöxt (LPE), sameinda geisla epitaxial vöxt (MBE) og efnagufuútfellingu (CVD). Sem stendur er kemísk gufuútfelling (CVD) aðalaðferðin sem notuð er við stórframleiðslu í verksmiðjum.

MYND. 2. Samanburður á helstu undirbúningsaðferðum epitaxial lags

Á óásnum {0001} undirlagi með ákveðnu hallahorni, eins og sýnt er á mynd 2(b), er þéttleiki þrepayfirborðsins meiri og stærð þrepayfirborðsins er minni og kristalkjarnamyndun er ekki auðvelt að eiga sér stað á þrepayfirborðinu, en gerist oftar á samrunapunkti þrepsins. Í þessu tilfelli er aðeins einn kjarnalykill. Þess vegna getur epitaxial lagið fullkomlega endurtekið stöflunarröð undirlagsins, þannig að útrýma vandamálinu við fjölgerða sambúð.

MYND. 3. Líkamlegt ferli skýringarmynd 4H-SiC skref stjórna epitaxy aðferð

MYND. 4. Mikilvægar aðstæður fyrir CVD vöxt með 4H-SiC þrepa-stýrðri epitaxy aðferð

MYND. 5. Samanburður á vaxtarhraða undir mismunandi kísilgjafa í 4H-SiC epitaxy

Sem stendur er kísilkarbíð-epitaxy tækni tiltölulega þroskuð í lág- og meðalspennuforritum (svo sem 1200 volta tækjum). Einsleitni þykktar, einsleitni lyfjaþéttni og galladreifing epitaxiallagsins getur náð tiltölulega góðu stigi, sem getur í grundvallaratriðum uppfyllt þarfir mið- og lágspennu SBD (Schottky díóða), MOS (málmoxíð hálfleiðara sviðsáhrif smári), JBS ( tengidíóða) og önnur tæki.

Hins vegar, á sviði háþrýstings, þurfa epitaxial oblátur enn að sigrast á mörgum áskorunum. Til dæmis, fyrir tæki sem þurfa að þola 10.000 volt, þarf þykkt epitaxial lagsins að vera um 100μm. Í samanburði við lágspennutæki er þykkt epitaxiallagsins og einsleitni lyfjaþéttni mjög mismunandi, sérstaklega einsleitni lyfjaþéttni. Á sama tíma mun þríhyrningur gallinn í epitaxial laginu einnig eyðileggja heildarframmistöðu tækisins. Í háspennuforritum hafa gerðir tækja tilhneigingu til að nota tvískauta tæki, sem krefjast mikils minnihlutalíftíma í epitaxial laginu, þannig að ferlið þarf að fínstilla til að bæta líftíma minnihlutahópsins.

Á þessari stundu er innlenda epitaxy aðallega 4 tommur og 6 tommur og hlutfall stórstærðar kísilkarbíð epitaxy eykst ár frá ári. Stærð epitaxial kísilkarbíðs er aðallega takmörkuð af stærð kísilkarbíð undirlags. Sem stendur hefur 6 tommu kísilkarbíð hvarfefnið verið markaðssett, þannig að kísilkarbíð þekjuefnið er smám saman að breytast úr 4 tommu til 6 tommu. Með stöðugri endurbót á tækni til að undirbúa kísilkarbíð undirlag og stækkun afkastagetu, lækkar verð á kísilkarbíð undirlagi smám saman. Í samsetningu verðs á epitaxial lakinu er undirlagið meira en 50% af kostnaði, þannig að með lækkun undirlagsverðs er einnig gert ráð fyrir að verð á kísilkarbíð epitaxial lak lækki.