Zopinga Zaukadaulo ndi Zopambana mu Makampani a Silicon Carbide (SiC)

Silicon carbide (SiC), monga chipangizo cha semiconductor cha m'badwo wachitatu, ikupeza chidwi chachikulu chifukwa cha mawonekedwe ake apamwamba komanso ntchito zake zabwino kwambiri zamagetsi amphamvu kwambiri. Mosiyana ndi zida zachikhalidwe za silicon (Si) kapena germanium (Ge), SiC ili ndi bandgap yayikulu, kutentha kwambiri, malo owonongeka kwambiri, komanso kukhazikika kwabwino kwa mankhwala. Makhalidwe amenewa amapangitsa SiC kukhala chinthu choyenera kugwiritsa ntchito zida zamagetsi m'magalimoto amagetsi, machitidwe amagetsi obwezerezedwanso, kulumikizana kwa 5G, ndi ntchito zina zogwira ntchito bwino komanso zodalirika. Komabe, ngakhale kuti ili ndi kuthekera kwakukulu, makampani a SiC akukumana ndi mavuto akuluakulu aukadaulo omwe ndi zopinga zazikulu pakugwiritsidwa ntchito kwa anthu ambiri.

1. SiC SubstrateKukula kwa Makristalo ndi Kupanga Ma Wafer

Kupanga ma substrates a SiC ndiye maziko a makampani a SiC ndipo kumayimira chotchinga chapamwamba kwambiri chaukadaulo. SiC singakulitsidwe kuchokera ku gawo lamadzimadzi monga silicon chifukwa cha kusungunuka kwake kwakukulu komanso chemistry yovuta ya kristalo. M'malo mwake, njira yayikulu ndi physical nthunzi transport (PVT), yomwe imaphatikizapo kuyika silicon ndi ufa wa carbon woyeretsedwa kwambiri kutentha kopitilira 2000°C m'malo olamulidwa. Njira yokulira imafuna kuwongolera molondola kutentha, kuthamanga kwa mpweya, ndi kayendedwe ka madzi kuti apange makristasi amodzi apamwamba kwambiri.

SiC ili ndi mitundu yoposa 200 ya ma polytypes, koma ochepa okha ndi omwe ali oyenera kugwiritsidwa ntchito pa semiconductor. Kuonetsetsa kuti polytype ndi yoyenera pamene mukuchepetsa zolakwika monga ma micropipes ndi kusokonekera kwa ulusi ndikofunikira kwambiri, chifukwa zolakwikazi zimakhudza kwambiri kudalirika kwa chipangizocho. Kukula pang'onopang'ono, nthawi zambiri kosakwana 2 mm pa ola limodzi, kumapangitsa kuti nthawi yokulira ya kristalo ifike pa sabata imodzi pa boule imodzi, poyerekeza ndi masiku ochepa chabe a ma crystals a silicon.

Pambuyo pa kukula kwa makristalo, njira zodula, kupukuta, ndi kuyeretsa zimakhala zovuta kwambiri chifukwa cha kuuma kwa SiC, yachiwiri pambuyo pa diamondi. Njira izi ziyenera kusunga umphumphu wa pamwamba pomwe zimapewa ming'alu yaying'ono, kudula m'mphepete, ndi kuwonongeka kwa pansi pa nthaka. Pamene mainchesi a wafer akuwonjezeka kuchoka pa mainchesi 4 mpaka mainchesi 6 kapena 8, kuwongolera kupsinjika kwa kutentha ndikupeza kukula kopanda chilema kumakhala kovuta kwambiri.

2. SiC Epitaxy: Kugwirizana kwa Magawo ndi Kulamulira Kugwiritsira Ntchito Doping

Kukula kwa zigawo za SiC pa epitaxial ndikofunikira chifukwa magwiridwe antchito amagetsi a chipangizocho amadalira mwachindunji mtundu wa zigawozi. Kuyika mpweya wa chemical vapor (CVD) ndiyo njira yodziwika bwino, yomwe imalola kuwongolera molondola mtundu wa doping (mtundu wa n kapena mtundu wa p) ndi makulidwe a zigawo. Pamene ma voltage ratings akuwonjezeka, makulidwe ofunikira a zigawo za epitaxial amatha kukwera kuchokera pa ma micrometer angapo mpaka makumi kapena mazana a ma micrometer. Kusunga makulidwe ofanana, kukana kokhazikika, komanso kuchepa kwa chilema m'zigawo zokhuthala n'kovuta kwambiri.

Zipangizo ndi njira za Epitaxy pakadali pano zikulamulidwa ndi ogulitsa ochepa padziko lonse lapansi, zomwe zimapangitsa kuti opanga atsopano alowe mosavuta. Ngakhale ndi zinthu zapamwamba kwambiri, kuwongolera bwino kwa epitaxial kungayambitse kusakhala ndi phindu lalikulu, kudalirika kochepa, komanso magwiridwe antchito osakwanira a chipangizocho.

3. Kupanga Zipangizo: Njira Zolondola ndi Kugwirizana kwa Zinthu

Kupanga zipangizo za SiC kumabweretsa mavuto ena. Njira zachikhalidwe zofalitsira silicon sizigwira ntchito chifukwa cha kusungunuka kwa SiC; m'malo mwake, kugwiritsa ntchito ma ion kumayikidwa. Kufunika kwa annealing yotenthetsera kwambiri kuti iyambe kugwiritsa ntchito ma dopants, zomwe zimaika pachiwopsezo kuwonongeka kwa kristalo kapena kuwonongeka kwa pamwamba.

Kupangidwa kwa zolumikizira zachitsulo zapamwamba kwambiri ndi vuto lina lalikulu. Kukana kocheperako kwa kukhudzana (<10⁻⁵ Ω·cm²) ndikofunikira kuti zida zamagetsi zizigwira ntchito bwino, komabe zitsulo wamba monga Ni kapena Al zimakhala ndi kukhazikika kochepa kwa kutentha. Njira zopangira zitsulo zophatikizika zimathandizira kukhazikika koma zimawonjezera kukana kwa kukhudzana, zomwe zimapangitsa kuti kukonza kukhale kovuta kwambiri.

Ma SiC MOSFET amakumananso ndi mavuto okhudzana ndi mawonekedwe; mawonekedwe a SiC/SiO₂ nthawi zambiri amakhala ndi kuchuluka kwa mipiringidzo, zomwe zimalepheretsa kuyenda kwa njira komanso kukhazikika kwa magetsi. Kuthamanga kwachangu kwa kusinthana kumawonjezera mavuto okhudzana ndi mphamvu ya parasitic ndi inductance, zomwe zimafuna kapangidwe kabwino ka ma gate drive circuits ndi njira zopakira.

4. Kuyika ndi Kuphatikiza Machitidwe

Zipangizo zamagetsi za SiC zimagwira ntchito pamagetsi ndi kutentha kwakukulu kuposa ma silicon, zomwe zimapangitsa kuti pakhale njira zatsopano zopakira. Ma module a waya wamba ndi osakwanira chifukwa cha kuchepa kwa kutentha ndi magwiridwe antchito amagetsi. Njira zapamwamba zopakira, monga ma waya olumikizirana, kuziziritsa mbali ziwiri, ndi kuphatikiza ma capacitor olekanitsa, masensa, ndi ma drive circuitry, ndizofunikira kuti zigwiritse ntchito bwino luso la SiC. Zipangizo za SiC zamtundu wa Trench zomwe zili ndi kuchuluka kwa mayunitsi ambiri zikukhala zodziwika bwino chifukwa cha kukana kwawo kotsika kwa conduction, kuchepa kwa mphamvu ya parasitic, komanso kusintha bwino kwa magwiridwe antchito.

5. Kapangidwe ka Ndalama ndi Zotsatira za Makampani

Mtengo wokwera wa zipangizo za SiC makamaka umachokera ku kupanga zinthu za substrate ndi epitaxial, zomwe pamodzi zimapangitsa pafupifupi 70% ya ndalama zonse zopangira. Ngakhale kuti zimakhala zokwera mtengo, zipangizo za SiC zimapereka ubwino wochita bwino kuposa silicon, makamaka m'makina ogwira ntchito bwino kwambiri. Pamene kukula kwa zipangizo za substrate ndi zipangizo ndi zokolola zikukwera, mtengo wake ukuyembekezeka kuchepa, zomwe zimapangitsa zipangizo za SiC kukhala zopikisana kwambiri m'magalimoto, mphamvu zongowonjezwdwanso, komanso ntchito zamafakitale.

Mapeto

Makampani a SiC akuyimira kusintha kwakukulu kwaukadaulo pazida zamagetsi, koma kugwiritsa ntchito kwake kumalepheretsedwa ndi kukula kwa makristalo ovuta, kuwongolera zigawo za epitaxial, kupanga zida, ndi zovuta zolongedza. Kuthana ndi zopinga izi kumafuna kuwongolera kutentha kolondola, kukonza zinthu zapamwamba, kapangidwe katsopano ka zida, ndi mayankho atsopano olongedza. Kupita patsogolo kosalekeza m'magawo awa sikungochepetsa ndalama zokha ndikuwonjezera zokolola komanso kutsegula kuthekera konse kwa SiC mu zamagetsi zamagetsi zam'badwo wotsatira, magalimoto amagetsi, makina amagetsi obwezerezedwanso, ndi ntchito zolumikizirana pafupipafupi.

Tsogolo la makampani a SiC lili mu kuphatikiza zinthu zatsopano, kupanga zinthu molondola, ndi kapangidwe ka zipangizo, zomwe zikuyendetsa kusintha kuchoka pa mayankho ochokera ku silicon kupita ku ma semiconductors ogwira ntchito bwino komanso odalirika kwambiri.