ภาพรวมโดยละเอียดของชิปพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ขนาด 10×10 มม.

ชิปพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ขนาด 10×10 มม. เป็นวัสดุฐานเซมิคอนดักเตอร์ชนิดผลึกเดี่ยวขั้นสูง ซึ่งออกแบบมาเพื่อรองรับความต้องการของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและอุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริกสมัยใหม่ เป็นที่รู้จักกันในด้านความสามารถในการระบายความร้อนที่ยอดเยี่ยม ช่องว่างแถบอิเล็กทรอนิกส์ที่กว้าง และความทนทานต่อสารเคมีที่โดดเด่น พื้นผิว SiC ช่วยให้การทำงานของส่วนประกอบมีความน่าเชื่อถือในสภาวะที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง แรงดันไฟฟ้าสูง และสภาพแวดล้อมความถี่ในการสวิตชิ่งสูง ชิป SiC ทรงสี่เหลี่ยมเหล่านี้ ซึ่งถูกตัดอย่างแม่นยำให้มีขนาด 10×10 มม. ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการ R&D การพัฒนาต้นแบบ และการผลิตอุปกรณ์พิเศษ

กระบวนการผลิตชิปพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

การผลิตพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) โดยทั่วไปใช้ Physical Vapor Transport (PVT) หรือ เทคโนโลยีการเติบโตของผลึกแบบระเหิด :

1. การเตรียมวัตถุดิบ: ผง SiC บริสุทธิ์พิเศษถูกวางไว้ภายในเบ้าหลอมกราไฟต์ความหนาแน่นสูง

2. การเติบโตของคริสตัล: ภายใต้บรรยากาศที่ควบคุมอย่างเข้มงวดและอุณหภูมิที่สูงกว่า 2,000°C วัสดุจะระเหิดและควบแน่นกลับไปบนเมล็ดคริสตัล ทำให้เกิด SiC บูเลขนาดใหญ่ชนิดผลึกเดี่ยวที่มีข้อบกพร่องน้อยที่สุด

3. การหั่นแท่ง: เลื่อยลวดเพชรตัดแท่งจำนวนมากเป็นแผ่นเวเฟอร์บางๆ หรือชิปขนาดเล็ก

4. การขัดและการเจียร: การปรับระนาบพื้นผิวช่วยขจัดรอยตัดและรับประกันความหนาสม่ำเสมอ

5. การขัดทางกลเคมี (CMP): ผลิตพื้นผิวเรียบเหมือนกระจกเหมาะสำหรับการสะสมชั้นอิพิแทกเซียล

6. การเจือสารเสริม (ไม่จำเป็น): การแนะนำไนโตรเจน (ชนิด n) หรืออะลูมิเนียม/โบรอน (ชนิด p) เพื่อปรับลักษณะทางไฟฟ้า

7. การประกันคุณภาพ: การตรวจสอบความเรียบ ความหนาแน่นของข้อบกพร่อง และความสม่ำเสมอของความหนาอย่างเข้มงวดรับประกันการปฏิบัติตามมาตรฐานเซมิคอนดักเตอร์

คุณสมบัติของวัสดุของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

พื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ผลิตขึ้นในโครงสร้างผลึก 4H-SiC และ 6H-SiC:

• 4H-SiC: แสดงให้เห็นถึงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพที่เหนือกว่าสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าแรงสูง เช่น MOSFET และไดโอดกั้น Schottky

• 6H-SiC: มีคุณสมบัติที่ปรับให้เหมาะสำหรับการใช้งาน RF และไมโครเวฟ

ข้อดีทางกายภาพที่สำคัญ ได้แก่:

• ช่องว่างแถบกว้าง: ~3.2–3.3 eV ทำให้มั่นใจได้ถึงแรงดันไฟฟ้าพังทลายสูงและประสิทธิภาพในการสวิตชิ่งพลังงาน

• การนำความร้อน: 3.0–4.9 W/cm·K ให้การกระจายความร้อนที่ดีเยี่ยม

• ความแข็งแรงเชิงกล: ความแข็ง ~9.2 Mohs ให้ความทนทานต่อการสึกหรอทางกลระหว่างการประมวลผล

การใช้งานชิปพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 10×10 มม.

• อิเล็กทรอนิกส์กำลัง: วัสดุหลักสำหรับ MOSFET, IGBT และไดโอด Schottky ประสิทธิภาพสูงในระบบขับเคลื่อน EV, การจัดเก็บพลังงาน และตัวแปลงพลังงานหมุนเวียน

• อุปกรณ์ความถี่สูงและ RF: จำเป็นสำหรับระบบเรดาร์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม และสถานีฐาน 5G

• โฟโตอิเล็กทรอนิกส์: เหมาะสำหรับ LED อัลตราไวโอเลต ไดโอดเลเซอร์ และโฟโตดีเทคเตอร์เนื่องจากความโปร่งใสของ UV ที่เหนือกว่า

• การบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ: ช่วยให้การทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในสภาวะที่มีรังสีเข้มข้นและอุณหภูมิสูง

• การวิจัยทางวิชาการและอุตสาหกรรม: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจำแนกคุณสมบัติของวัสดุใหม่ อุปกรณ์ต้นแบบ และการพัฒนาขั้นตอนการทำงาน

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

คำถามที่พบบ่อย – ชิปพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

Q1: ทำไมต้องเลือกพื้นผิว SiC แทนซิลิคอนแบบดั้งเดิม?
SiC ให้ความแข็งแรงในการพังทลายที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพความร้อนที่เหนือกว่า และการสูญเสียการสวิตชิ่งที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้สามารถทำให้อุปกรณ์มีประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือมากกว่าอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นบนซิลิคอน

Q2: พื้นผิวเหล่านี้สามารถจัดเตรียมด้วยชั้นอิพิแทกเซียลได้หรือไม่?
ได้ มีตัวเลือกอิพิพร้อมและอิพิแทกซีที่กำหนดเองสำหรับข้อกำหนดอุปกรณ์กำลังสูง RF หรือโฟโตอิเล็กทรอนิกส์

Q3: คุณมีขนาดหรือการเจือสารที่กำหนดเองหรือไม่?
แน่นอน มีขนาดที่กำหนดเอง โปรไฟล์การเจือสาร และการบำบัดพื้นผิวเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งาน

Q4: พื้นผิว SiC ทำงานอย่างไรภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง?
พวกมันยังคงรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความเสถียรทางไฟฟ้าไว้ที่อุณหภูมิที่สูงกว่า 600°C และในสภาพแวดล้อมที่เกิดรังสี ทำให้สิ่งเหล่านี้ขาดไม่ได้ในภาคอวกาศ การป้องกันประเทศ และภาคอุตสาหกรรมกำลังสูง