SiC Epitaxial වර්ධන ක්‍රියාවලියේ මූලික හැඳින්වීම

Epitaxial ස්ථරය යනු ep·itaxial ක්‍රියාවලිය මගින් වේෆරය මත වැඩෙන විශේෂිත තනි ස්ඵටික පටලයක් වන අතර උපස්ථර වේෆර් සහ epitaxial පටලය epitaxial වේෆර් ලෙස හැඳින්වේ. සන්නායක සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය මත සිලිකන් කාබයිඩ් epitaxial ස්තරය වර්ධනය කිරීමෙන්, සිලිකන් කාබයිඩ් සමජාතීය epitaxial වේෆරය Schottky diodes, MOSFETs, IGBTs සහ අනෙකුත් බල උපාංගවලට තවදුරටත් සකස් කළ හැකි අතර, ඒවා අතර 4H-SiC උපස්ථරය බහුලව භාවිතා වේ.

සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංගයේ සහ සාම්ප්‍රදායික සිලිකන් බල උපාංගයේ විවිධ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලිය නිසා එය සිලිකන් කාබයිඩ් තනි ස්ඵටික ද්‍රව්‍ය මත සෘජුවම නිපදවිය නොහැක. සන්නායක තනි ස්ඵටික උපස්ථරය මත අතිරේක උසස් තත්ත්වයේ epitaxial ද්රව්ය වගා කළ යුතු අතර, epitaxial ස්ථරය මත විවිධ උපාංග නිෂ්පාදනය කළ යුතුය. එබැවින්, epitaxial ස්ථරයේ ගුණාත්මකභාවය උපාංගයේ ක්රියාකාරිත්වය කෙරෙහි විශාල බලපෑමක් ඇති කරයි. විවිධ බල උපාංගවල ක්‍රියාකාරීත්වය වැඩිදියුණු කිරීම මගින් epitaxial ස්ථරයේ thickness ණකම, මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය සහ දෝෂ සඳහා ඉහළ අවශ්‍යතා ද ඉදිරිපත් කරයි.

රූපය. 1. උත්තේජක සාන්ද්‍රණය සහ ඒක ධ්‍රැවීය උපාංගයේ එපිටාක්සියල් ස්ථරයේ ඝනකම සහ අවහිර වෝල්ටීයතාව අතර සම්බන්ධය

SIC epitaxial ස්ථරයේ සකස් කිරීමේ ක්‍රමවලට ප්‍රධාන වශයෙන් වාෂ්පීකරණ වර්ධන ක්‍රමය, ද්‍රව අදියර epitaxial වර්ධනය (LPE), අණුක කදම්භ epitaxial වර්ධනය (MBE) සහ රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම (CVD) ඇතුළත් වේ. වර්තමානයේ, කර්මාන්තශාලාවල මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනය සඳහා භාවිතා කරන ප්රධාන ක්රමය වන්නේ රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (CVD) ය.

රූපය. 2. epitaxial ස්ථරයේ ප්රධාන සකස් කිරීමේ ක්රම සංසන්දනය කිරීම

රූප සටහන 2(b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි නිශ්චිත නැඹුරු කෝණයක් සහිත අක්ෂය {0001} උපස්ථරය මත, පියවර පෘෂ්ඨයේ ඝනත්වය විශාල වන අතර, පියවර පෘෂ්ඨයේ ප්‍රමාණය කුඩා වන අතර, ස්ඵටික න්‍යෂ්ටිය පහසු නොවේ පියවර මතුපිට සිදු වේ, නමුත් බොහෝ විට සිදු වන්නේ පියවරේ ඒකාබද්ධ ස්ථානයේ ය. මෙම අවස්ථාවේදී, ඇත්තේ එක් න්යෂ්ටික යතුරක් පමණි. එබැවින්, epitaxial ස්ථරයට උපස්ථරයේ ගොඩගැසීමේ අනුපිළිවෙල පරිපූර්ණ ලෙස අනුකරණය කළ හැකි අතර, එමගින් බහු-වර්ගයේ සහජීවනයේ ගැටලුව ඉවත් කරයි.

රූපය. 3. 4H-SiC පියවර පාලන epitaxy ක්‍රමයේ භෞතික ක්‍රියාවලි රූප සටහන

රූපය. 4. 4H-SiC පියවර-පාලිත epitaxy ක්‍රමය මගින් CVD වර්ධනය සඳහා තීරණාත්මක කොන්දේසි

රූපය. 5. 4H-SiC epitaxy හි විවිධ සිලිකන් ප්‍රභවයන් යටතේ වර්ධන අනුපාත සංසන්දනය කිරීම

වර්තමානයේ, සිලිකන් කාබයිඩ් epitaxy තාක්ෂණය අඩු සහ මධ්යම වෝල්ටීයතා යෙදුම්වල (වෝල්ට් 1200 උපාංග වැනි) සාපේක්ෂව පරිණත වේ. ඝනකම ඒකාකාරිත්වය, මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය ඒකාකාරිත්වය සහ epitaxial ස්ථරයේ දෝෂ ව්‍යාප්තිය සාපේක්ෂ වශයෙන් හොඳ මට්ටමකට ළඟා විය හැකි අතර, මූලික වශයෙන් මධ්‍යම සහ අඩු වෝල්ටීයතා SBD (Schottky diode), MOS (ලෝහ ඔක්සයිඩ් අර්ධ සන්නායක ක්ෂේත්‍ර ආචරණ ට්‍රාන්සිස්ටරය), JBS ( සන්ධි ඩයෝඩය) සහ අනෙකුත් උපාංග.

කෙසේ වෙතත්, අධි පීඩන ක්ෂේත්රයේ, epitaxial වේෆර් තවමත් බොහෝ අභියෝග ජය ගත යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස, වෝල්ට් 10,000 ට ඔරොත්තු දිය යුතු උපාංග සඳහා, epitaxial ස්ථරයේ ඝණකම 100μm පමණ විය යුතුය. අඩු වෝල්ටීයතා උපාංග සමඟ සසඳන විට, epitaxial ස්ථරයේ ඝණකම සහ මාත්රණ සාන්ද්රණයේ ඒකාකාරිත්වය, විශේෂයෙන්ම මාත්රණ සාන්ද්රණයේ ඒකාකාරිත්වය බෙහෙවින් වෙනස් වේ. ඒ සමගම, epitaxial ස්ථරයේ ත්රිකෝණ දෝෂය ද උපාංගයේ සමස්ත කාර්යසාධනය විනාශ කරනු ඇත. අධි-වෝල්ටීයතා යෙදුම්වල, උපාංග වර්ග බයිපෝලර් උපාංග භාවිතා කිරීමට නැඹුරු වන අතර, එපිටාක්සියල් ස්ථරයේ ඉහළ සුළුතර ආයු කාලයක් අවශ්‍ය වේ, එබැවින් සුළුතර ආයු කාලය වැඩිදියුණු කිරීමට ක්‍රියාවලිය ප්‍රශස්ත කළ යුතුය.

වර්තමානයේ, ගෘහස්ථ epitaxy ප්රධාන වශයෙන් අඟල් 4 සහ අඟල් 6 ක් වන අතර විශාල ප්රමාණයේ සිලිකන් කාබයිඩ් epitaxy අනුපාතය වසරින් වසර වැඩි වෙමින් පවතී. සිලිකන් කාබයිඩ් epitaxial පත්‍රයේ ප්‍රමාණය ප්‍රධාන වශයෙන් සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයේ ප්‍රමාණයෙන් සීමා වේ. මේ වන විට අඟල් 6ක සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය වාණිජකරණය වී ඇති නිසා සිලිකන් කාබයිඩ් epitaxial ක්‍රමයෙන් අඟල් 4 සිට අඟල් 6 දක්වා සංක්‍රමණය වෙමින් පවතී. සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථර සකස් කිරීමේ තාක්ෂණය අඛණ්ඩව වැඩිදියුණු කිරීම සහ ධාරිතාව ප්‍රසාරණය වීමත් සමඟ සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයේ මිල ක්‍රමයෙන් අඩුවෙමින් පවතී. epitaxial තහඩු මිල සංයුතියේ දී, උපස්ථරය පිරිවැයෙන් 50% කට වඩා වැඩි ප්රමාණයක් දරන අතර, එම නිසා උපස්ථර මිල පහත වැටීමත් සමග, silicon carbide epitaxial පත්රයේ මිල ද අඩු වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.