รายละเอียดบล็อก

สับสราตซิลิคคาร์ไบด์ (SiC) กลายเป็นวัสดุหลักของอิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่ ทําให้อุปกรณ์ที่ทํางานในแรงดันสูงขึ้น อุณหภูมิสูงขึ้นและมีประสิทธิภาพสูงกว่าเทคโนโลยีพื้นฐานซิลิคอนแบบดั้งเดิมในขณะที่การนํา SiC มาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน การสื่อสาร RF และสาขาควอนตัมและการตรวจจับที่กําลังเกิดขึ้น การเลือกสับสราตได้กลายเป็นการตัดสินใจในการออกแบบที่สําคัญในช่วงต้น

ในหมู่ที่ใช้บ่อยที่สุดสับสราต SiCชนิด SiC แบบ N ที่นําไฟ และ SiC แบบ HPSI ที่ทําความสะอาดสูง ใช้ในจุดประสงค์ที่แตกต่างกันมาก แม้ว่ามันจะดูเหมือนกันในแง่ของโครงสร้างคริสตัลและการทําผิวพฤติกรรมไฟฟ้าของพวกเขา, ความอดทนต่อความบกพร่อง และการใช้งานเป้าหมายแตกต่างกันอย่างพื้นฐาน

บทความนี้นําเสนอการเปรียบเทียบที่ชัดเจนและใช้งานที่ขับเคลื่อนสับสราต SiC HPSI, ช่วยให้วิศวกร, นักวิจัย และทีมซื้อสินค้าตัดสินใจอย่างมีสาระ จากความต้องการของอุปกรณ์ แทนที่จะใช้ภาษาการตลาด

1. การเข้าใจพื้นฐานของ SiC Substrate

ก่อนที่จะเปรียบเทียบ N-type และ HPSI SiC มันมีประโยชน์ที่จะระบุสิ่งที่พวกเขามีเหมือนกัน

สารสับสราต SiC ที่ใช้ในธุรกิจส่วนใหญ่คือ

• วัสดุประเภทคริสตัลเดียวที่ปลูกโดยการขนย้ายควายทางกายภาพ (PVT)

• โดยทั่วไป 4H-SiC โพลิไทป์ เนื่องจากความเคลื่อนไหวอิเล็กตรอนและโครงสร้างวงจรที่ดีกว่า

• มีในกว้างจาก 4 นิ้วถึง 8 นิ้ว, โดย 6 นิ้วปัจจุบันเป็นหลักในการผลิตจํานวนมาก

ความแตกต่างที่สําคัญระหว่างชนิดของสับสราทไม่ได้อยู่ในกรอบคริสตัล แต่อยู่ในการควบคุมความสกปรกที่ตั้งใจและความต้านทานไฟฟ้า

2. N-type SiC คืออะไร?

2.1 การนิยามและกลไกการใช้ยาด๊อปปิ้ง

สับสราต SiC แบบ N ถูกปรับปรุงโดยเจตนาด้วยสารสกัดของผู้ให้บริการ, ส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจน (N).ทําให้สับสราทเป็นสารนําไฟฟ้า.

คุณสมบัติทั่วไป:

• ความต้านทาน: ~ 0.01 ⋅ 0.1 Ω · cm

• ตัวนําส่วนใหญ่: อิเล็กตรอน

• พฤติกรรมการนํา: มีความมั่นคงในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

2.2 ทําไมการนําไฟจึงสําคัญ

ในอุปกรณ์พลังงานและออฟโตอิเล็กทรอนิกส์มากมาย สับสราทไม่ใช่เพียงแค่การสนับสนุนทางกล แต่ยังเป็น:

• เส้นทางการนําสายไฟฟ้า

• ช่องระบายความร้อน

• พลังงานไฟฟ้าอ้างอิง

สับสราตชนิด N ทําให้สามารถสร้างสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ตั้งได้ โดยการไหลของกระแสผ่านสับสราตเอง ทําให้การออกแบบอุปกรณ์ง่ายขึ้นและเพิ่มความน่าเชื่อถือ

3HPSI SiC คืออะไร?

3.1 การกําหนดและกลยุทธ์ค่าตอบแทน

HPSI SiC (High-Purity Semi-Isolating SiC) ได้ถูกออกแบบมาเพื่อให้มีความต้านทานสูงมาก โดยทั่วไปมากกว่า 107109 Ω · cmผู้ผลิตให้สมดุลความสกปรกที่เหลือและความบกพร่องภายในอย่างละเอียด เพื่อปราบปรามตัวนําเสนออิสระ.

สิ่งนี้สามารถทําได้โดย:

• ยาดอัพในพื้นฐานที่ต่ํามาก

• ค่าตอบแทนระหว่างผู้บริจาคและผู้รับ

• การควบคุมสภาพการเจริญเติบโตของคริสตัลอย่างเข้มงวด

3.2 การแยกไฟฟ้าเป็นลักษณะ

ไม่เหมือนกับพื้นฐานชนิด N, HPSI SiC ถูกออกแบบเพื่อปิดการไหลของกระแสไฟฟ้า. ค่าของมันอยู่ที่การให้:

• การแยกกันไฟฟ้า

• อุปทานปรสิตต่ํา

• ผลงาน RF ที่มั่นคงในความถี่สูง

ในอุปกรณ์ RF และไมโครเวฟ ความสามารถในการนําของสับสราทที่ไม่ต้องการทําให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์และความสมบูรณ์แบบของสัญญาณลดลงโดยตรง

4การเปรียบเทียบข้างๆ

5คู่มือการคัดเลือกที่พัฒนาโดยการใช้งาน

5.1 อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน: ข้อดีที่ชัดเจนสําหรับ N-Type

อุปกรณ์ทั่วไป:

• SiC MOSFETs

• ไดโอเดสป้องกัน Schottky (SBD)

• ไดโอเดส PiN

• โมดูลพลังงานสําหรับรถไฟฟ้าและพื้นฐานการชาร์จ

เหตุผลที่ N-type ใช้ได้ดีที่สุด

• รองรับการไหลของกระแสไฟฟ้าแนวตั้ง

• ทําให้ความต้านทานต่ํา

• มีความสามารถในการนําความร้อนที่ดีในการระบายความร้อน

การใช้ HPSI SiC ในอุปกรณ์พลังงานจะนํามาซึ่งความต้านทานไฟฟ้าที่ไม่จําเป็น และการออกแบบอุปกรณ์ที่ซับซ้อน

คําตัดสิน:
N-Type SiC เป็นมาตรฐานของอุตสาหกรรมสําหรับอิเล็กทรอนิกส์พลังงาน

5.2 อุปกรณ์ RF และไมโครเวฟ: HPSI เป็นสิ่งจําเป็น

อุปกรณ์ทั่วไป:

• เครื่อง HEMT RF GaN-on-SiC

• เครื่องเสริมพลังงานไมโครเวฟ

• ส่วนประกอบของราดาร์และสื่อสารดาวเทียม

ทําไม HPSI จึงสําคัญ:

• ลดการสูญเสียสัญญาณ RF ลงในพื้นฐานให้น้อยที่สุด

• ลดความจุของปรสิต

• ปรับปรุงการเพิ่มผลประโยชน์, ความเป็นเส้นตรง, และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

ในการใช้งาน RF แม้กระทั่งการนําของสับสราทเล็ก ๆ น้อย ๆ ก็สามารถนําไปสู่การลดลงของผลงานในความถี่สูง

คําตัดสิน:

HPSI SiC เป็นตัวเลือกที่นิยมสําหรับระบบ RF และไมโครเวฟ

5.3 ออปโตอิเล็กทรอนิกส์และการตรวจจับ: ขึ้นอยู่กับกรณี

การใช้งาน เช่น

• เครื่องตรวจจับแสง UV

• เครื่องตรวจจับอุณหภูมิสูง

• โครงสร้าง optoelectronic ที่เชี่ยวชาญ

สามารถใช้รองพื้นแบบ N หรือรองพื้นแบบครึ่งแยกกันได้ โดยขึ้นอยู่กับ:

• สถาปัตยกรรมอุปกรณ์

• ความต้องการสัญญาณต่อเสียง

• การบูรณาการกับวัสดุอื่น ๆ

ในกรณีเหล่านี้ การเลือกสับสราทมักจะกําหนดในระยะการออกแบบอัพไซด์และวงจร แทนที่จะใช้สับสราทคนเดียว

6ความซื่อสัตย์ ความบกพร่อง และการพิจารณาผลิต

จากมุมมองการผลิต ทั้งสองชนิดของสับสราทจะต้องตอบสนองความต้องการคุณภาพที่เข้มงวด

• ความหนาแน่นของไมโครไพป์ต่ํา

• การปรับปรุงความเป็นมาของโรค

• ความต้านทานและความหนาแบบเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม สับสราต HPSI มีความรู้สึกต่ออาการผิดปกติในการเติบโตมากขึ้น เนื่องจากตัวนําที่ไม่ได้ตั้งใจสามารถลดความต้านทานได้อย่างมาก

• ผลผลิตรวมต่ํากว่า

• ค่าบริการตรวจสอบและการประเมินคุณภาพที่สูงขึ้น

• ราคาปลายสูงกว่า

สับสราตชนิด N ตรงกันข้าม ทนความบกพร่องบางระดับง่ายขึ้นในสภาพแวดล้อมการผลิตขนาดใหญ่

7. ราคาและความเป็นจริงของโซ่จําหน่าย

ขณะที่ราคาแตกต่างกันไปตามขนาดและคุณภาพของวอฟเฟอร์ แนวโน้มทั่วไปคือ

• SiC แบบ N:

  • สายซัพพลายที่เจริญเติบโตมากขึ้น

  • ปริมาณการผลิตที่สูงขึ้น

  • ค่าใช้จ่ายต่ํากว่าต่อแผ่น

• HPSI SiC:

  • จํากัดผู้จัดจําหน่ายที่มีคุณสมบัติ

  • การควบคุมการเติบโตที่เข้มงวดกว่า

  • ค่าใช้จ่ายสูงขึ้นและเวลาการดําเนินงานยาวขึ้น

สําหรับโครงการพาณิชย์ ปัจจัยเหล่านี้มักมีอิทธิพลต่อการเลือกสับสราทมากเท่าที่ผลงานทางเทคนิค

8วิธีการเลือกพื้นฐานที่เหมาะสม

กรอบการตัดสินใจเชิงปฏิบัติการ

1. กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านพื้นฐานหรือเปล่า?
   → ใช่ → SiC ประเภท N

2. การแยกไฟฟ้ามีความสําคัญต่อการทํางานของอุปกรณ์หรือไม่
   → ใช่ → HPSI SiC

3. การใช้งาน RF หรือไมโครเวฟ หรือความถี่สูง?
   → เกือบทุกครั้ง → HPSI SiC

4. ความละเอียดค่าใช้จ่ายสูงกับปริมาณการผลิตที่ใหญ่?
   → น่าจะเป็น → SiC แบบ N

สรุป

สับสราต SiC แบบ N และ HPSI ไม่ใช่ตัวเลือกที่แข่งขันกัน แต่เป็นวัสดุที่สร้างมาเพื่อความต้องการของอุปกรณ์ที่แตกต่างกันอย่างพื้นฐานSiC ประเภท N ทําให้การนําไฟฟ้าและการจัดการความร้อนมีประสิทธิภาพHPSI SiC ในทางตรงกันข้าม สร้างความแยกทางไฟฟ้าที่จําเป็นสําหรับความถี่สูงและ RF การใช้งานที่ความสมบูรณ์ของสัญญาณเป็นสิ่งสําคัญ

การเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ในระดับพื้นฐานช่วยป้องกันการออกแบบใหม่ที่คุ้มค่าในช่วงหลังของวงจรการพัฒนา และทําให้การเลือกวัสดุตรงกับผลงานระยะยาว ความน่าเชื่อถือและเป้าหมายการปรับขนาด.

ในเทคโนโลยี SiC สับสราตที่เหมาะสม ไม่ใช่สับสราตที่ดีที่สุดที่มีอยู่ แต่เป็นสับสราตที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ