Ihe Mgbochi Teknụzụ na Ihe Mmepụta na Ụlọ Ọrụ Silicon Carbide (SiC)

Silicon carbide (SiC), dịka ihe semiconductor nke ọgbọ nke atọ, na-enweta nlebara anya dị ukwuu n'ihi ihe ndị dị elu na ojiji dị mma na ngwa eletrọniki dị ike. N'adịghị ka semiconductor silicon (Si) ma ọ bụ germanium (Ge) ọdịnala, SiC nwere nnukwu bandgap, nnukwu conductivity okpomọkụ, oke mgbawa dị elu, na nkwụsi ike kemịkalụ dị mma. Àgwà ndị a na-eme ka SiC bụrụ ihe zuru oke maka ngwaọrụ ike na ụgbọ ala eletrik, sistemụ ike mmeghari ohuru, nkwukọrịta 5G, na ngwa ndị ọzọ dị elu ma dị elu. Agbanyeghị, n'agbanyeghị ikike ya, ụlọ ọrụ SiC na-eche nsogbu teknụzụ dị ukwuu ihu nke bụ nnukwu ihe mgbochi na nnabata zuru oke.

1. SiC Substrate: Ịkpụpụta Crystal na Wafer

Mmepụta nke ihe ndị dị na SiC bụ ntọala nke ụlọ ọrụ SiC ma na-anọchite anya ihe mgbochi teknụzụ kachasị elu. Enweghị ike itolite SiC site na mmiri mmiri dị ka silicon n'ihi ebe ọ na-agbaze nke ukwuu na kemịkalụ kristal dị mgbagwoju anya. Kama nke ahụ, ụzọ bụ isi bụ njem ikuku anụ ahụ (PVT), nke gụnyere itinye silicon na ntụ carbon dị ọcha n'okpuru okpomọkụ karịrị 2000°C na gburugburu ebe a na-achịkwa. Usoro uto ahụ chọrọ njikwa ziri ezi na gradients okpomọkụ, nrụgide gas, na dynamics mmiri iji mepụta kristal dị elu.

SiC nwere ihe karịrị ụdị polytype 200, mana ole na ole dị mma maka ojiji semiconductor. Iji hụ na ụdị polytype ziri ezi ma belata ntụpọ dịka micropipes na mwepụ eriri dị oke mkpa, ebe ọ bụ na ntụpọ ndị a na-emetụta ntụkwasị obi nke ngwaọrụ nke ukwuu. Ọkwa uto dị nwayọ, nke na-erughị 2 mm kwa elekere, na-eme ka oge uto kristal ruo otu izu maka otu boule, ma e jiri ya tụnyere naanị ụbọchị ole na ole maka kristal silicon.

Mgbe kristal tolitere, usoro nke ịcha, ịcha, ịchacha, na ihicha ihe siri ike nke ukwuu n'ihi ike SiC, nke na-esote diamond. Usoro ndị a ga-echekwa iguzosi ike n'ezi ihe nke elu ebe a na-ezere obere mgbawa, mgbawa n'akụkụ, na mmebi n'okpuru ala. Ka dayameta wafer na-abawanye site na sentimita 4 ruo sentimita 6 ma ọ bụ ọbụna sentimita 8, ijikwa nrụgide okpomọkụ na ime ka mgbasa nke enweghị ntụpọ na-aghọwanye ihe mgbagwoju anya.

2. SiC Epitaxy: Ịhazi otu oyi akwa na njikwa doping

Mmụba nke oyi akwa SiC na ihe ndị dị n'elu ala dị oke mkpa n'ihi na arụmọrụ eletriki nke ngwaọrụ ahụ dabere kpọmkwem na ịdị mma nke oyi akwa ndị a. Ndobe uzuoku kemịkalụ (CVD) bụ ụzọ kachasị, na-enye ohere njikwa ziri ezi na ụdị doping (ụdị n-n ma ọ bụ ụdị p) na ọkpụrụkpụ oyi akwa. Ka ọkwa voltaji na-abawanye, ọkpụrụkpụ oyi akwa epitaxial achọrọ nwere ike ịrị elu site na micromita ole na ole ruo iri ma ọ bụ ọbụna narị micromita. Ịnọgide na-enwe otu ọkpụrụkpụ, iguzogide na-aga n'ihu, na obere njupụta ntụpọ n'ofe oyi akwa dị oke njọ siri ike nke ukwuu.

Ngwa na usoro Epitaxy ka bụ nke ndị na-ebubata ngwaahịa n'ụwa niile na-achịkwa ugbu a, na-emepụta ihe mgbochi dị elu maka ndị nrụpụta ọhụrụ. Ọ bụrụgodị na e nwere ihe ndị dị elu, njikwa epitaxial na-adịghị mma nwere ike ibute obere mmepụta, mbelata ntụkwasị obi, na arụmọrụ ngwaọrụ na-adịghị mma.

3. Nhazi Ngwaọrụ: Usoro Nkọwapụta na Ndakọrịta Ihe

Mmepụta ngwaọrụ SiC na-eweta ihe ịma aka ndị ọzọ. Usoro mgbasa silicon ọdịnala anaghị arụ ọrụ nke ọma n'ihi oke ebe agbaze SiC; a na-eji ion etinyere ya kama. A chọrọ ime ka ihe ndị na-etinye ya rụọ ọrụ nke ọma, nke nwere ike ibute mmebi kristal ma ọ bụ mmebi elu.

Mmepụta kọntaktị ígwè dị elu bụ ihe isi ike ọzọ dị oke mkpa. Obere iguzogide kọntaktị (<10⁻⁵ Ω·cm²) dị mkpa maka arụmọrụ ngwaọrụ ike, mana ọla ndị a na-ahụkarị dịka Ni ma ọ bụ Al nwere obere nkwụsi ike okpomọkụ. Atụmatụ nhazi metal mejupụtara na-eme ka nkwụsi ike dịkwuo mma mana na-eme ka iguzogide kọntaktị dịkwuo elu, na-eme ka nhazi ahụ sie ike nke ukwuu.

SiC MOSFET na-enwekwa nsogbu njikọ; njikọ SiC/SiO₂ na-enwekarị nnukwu njupụta nke ọnyà, na-egbochi ngagharị ọwa na nkwụsi ike voltaji oke. Ọsọ mgbanwe ngwa ngwa na-eme ka nsogbu nke parasitic capacitance na inductance ka njọ, na-achọ nhazi nke ọma nke sekit draịva ọnụ ụzọ na ngwọta nkwakọ ngwaahịa.

4. Nkwakọ ngwaahịa na njikọta sistemụ

Ngwaọrụ ike SiC na-arụ ọrụ na voltaji na okpomọkụ dị elu karịa ndị ọzọ na silicon, nke na-achọ atụmatụ nkwakọ ngwaahịa ọhụrụ. Modulu waya ejiri waya jikọta anaghị ezu oke n'ihi oke arụmọrụ okpomọkụ na eletriki. Usoro nkwakọ ngwaahịa dị elu, dịka njikọ ikuku, oyi akụkụ abụọ, na njikọta nke capacitors decoupling, sensọ, na sekit draịva, dị mkpa iji nweta ikike SiC zuru oke. Ngwaọrụ SiC ụdị trench nwere njupụta nkeji dị elu na-aghọ ihe a na-ahụkarị n'ihi obere iguzogide conduction ha, mbelata ikike parasitic, na arụmọrụ mgbanwe ka mma.

5. Nhazi Ọnụ Ego na Mmetụta Ụlọ Ọrụ

Ọnụ ego dị elu nke ngwaọrụ SiC bụ isi n'ihi mmepụta ihe dị n'okpuru ala na ihe epitaxial, nke na-eme ihe dị ka 70% nke ọnụ ahịa mmepụta niile. N'agbanyeghị ọnụ ahịa dị elu, ngwaọrụ SiC na-enye uru arụmọrụ karịa silicon, ọkachasị na sistemụ arụmọrụ dị elu. Ka mmepụta ihe dị n'okpuru ala na ngwaọrụ na-eto ma na-amụba, a na-atụ anya na ọnụ ahịa ya ga-ebelata, na-eme ka ngwaọrụ SiC dịkwuo asọmpi na ngwa ụgbọ ala, ike mmeghari ohuru, na ngwa ụlọ ọrụ mmepụta ihe.

Mmechi

Ụlọ ọrụ SiC na-anọchite anya nnukwu mmụba teknụzụ na ihe semiconductor, mana nnabata ya na-egbochi uto kristal dị mgbagwoju anya, njikwa oyi akwa epitaxial, mmepụta ngwaọrụ, na ihe ịma aka nkwakọ ngwaahịa. Imeri ihe mgbochi ndị a chọrọ njikwa okpomọkụ ziri ezi, nhazi ihe dị elu, nhazi ngwaọrụ ọhụrụ, na ngwọta nkwakọ ngwaahịa ọhụrụ. Mmepe na-aga n'ihu na mpaghara ndị a agaghị ebelata ọnụ ahịa ma melite mmepụta kamakwa ọ ga-emepe ikike zuru oke nke SiC na ngwa eletrọniki ike ọgbọ na-abịa, ụgbọ ala eletrik, sistemụ ike mmeghari ohuru, na ngwa nkwukọrịta ugboro ugboro.

Ọdịnihu nke ụlọ ọrụ SiC dị na njikọta nke ihe ọhụrụ, imepụta ihe ziri ezi, na imepụta ngwaọrụ, na-eme ka mgbanwe si na ngwọta dabere na silicon gaa na semiconductor sara mbara nke nwere ntụkwasị obi dị elu, nke a pụrụ ịtụkwasị obi nke ukwuu.