Συσκευές SiC σε σταυροδρόμι: Ταχεία πρόοδος εν μέσω των συνεχιζόμενων τεχνικών προκλήσεων στη βιομηχανία ημιαγωγών επόμενης γενιάς
May 28, 2025
Ⅰ. Καρβίδιο πυριτίου (sic)
Λόγω των σταθερών χημικών του ιδιοτήτων, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα, ο χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής και η εξαιρετική αντοχή στη φθορά, το καρβίδιο του πυριτίου (sic) έχει εφαρμογές πολύ πέρα από την παραδοσιακή του χρήση ως λειαντική. Για παράδειγμα, η σκόνη SIC μπορεί να εφαρμοστεί στις εσωτερικές επιφάνειες των πτερωτών στροβίλων ή των κυλινδρικών επενδύσεων μέσω ειδικών διεργασιών για την ενίσχυση της αντίστασης της φθοράς και την επέκταση της διάρκειας ζωής κατά 1 έως 2 φορές. Υψηλά ανθεκτικά υλικά υψηλής ποιότητας από SIC παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή σε θερμικό σοκ, μειωμένο όγκο, ελαφρύτερο βάρος και υψηλή μηχανική αντοχή, οδηγώντας σε σημαντικά οφέλη εξοικονόμησης ενέργειας.
Το καρβίδιο του πυριτίου χαμηλού βαθμού (που περιέχει περίπου 85% SIC) χρησιμεύει ως εξαιρετικό αποξειδωτικό στη χάλυβα, επιταχύνοντας τη διαδικασία τήξης, διευκολύνοντας τον έλεγχο της χημικής σύνθεσης και βελτιώνοντας τη συνολική ποιότητα χάλυβα. Επιπλέον, το SIC χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή στοιχείων θέρμανσης καρβιδίου πυριτίου (ράβδους SIC).
Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό, με σκληρότητα MOHS 9,5 -δευτερόλεπτα μόνο στο Diamond (10). Διαθέτει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και είναι ημιαγωγός με εξαιρετική αντίσταση οξείδωσης σε αυξημένες θερμοκρασίες.
Ⅱ. Πλεονεκτήματα των συσκευών καρβιδίου πυριτίου
Το καρβίδιο του πυριτίου (SIC) είναι σήμερα το πιο ώριμο υλικό ημιαγωγού ευρείας ζώνης (WBG) υπό ανάπτυξη. Οι χώρες σε όλο τον κόσμο δίνουν μεγάλη έμφαση στην έρευνα SIC και έχουν επενδύσει σημαντικούς πόρους για να προωθήσουν την πρόοδό της.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ευρώπη, η Ιαπωνία και άλλοι έχουν δημιουργήσει στρατηγικές ανάπτυξης εθνικού επιπέδου για τη SIC. Σημαντικοί παίκτες της παγκόσμιας ηλεκτρονικής βιομηχανίας έχουν επίσης επενδύσει σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη συσκευών ημιαγωγών SIC.
Σε σύγκριση με τις συμβατικές συσκευές που βασίζονται σε πυρίτιο, τα εξαρτήματα που βασίζονται σε SIC προσφέρουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
1. Δυνατότητα υψηλής τάσης
Οι συσκευές καρβιδίου πυριτίου αντισταθμίζουν τάσεις έως και 10 φορές μεγαλύτερες από τις ισοδύναμες συσκευές πυριτίου. Για παράδειγμα, οι δίοδοι SIC Schottky μπορούν να υποστηρίξουν τάσεις διάσπασης έως και 2400 V. Τα τρανζίστορ-αποτελέσματος πεδίου (FETS) που βασίζονται σε SIC (FET) μπορούν να λειτουργούν σε δεκάδες κιλοβόλα, διατηρώντας παράλληλα τη διαχειρίσιμη αντίσταση στην κατάσταση.
2. Απόδοση υψηλής συχνότητας
(Ειδικές λεπτομέρειες που δεν παρέχονται στο αρχικό κείμενο, αλλά μπορούν να συμπληρωθούν εάν χρειαστεί.)
3. Λειτουργία υψηλής θερμοκρασίας
Με τις συμβατικές συσκευές SI που πλησιάζουν τα θεωρητικά όρια απόδοσης τους, οι συσκευές ισχύος SIC θεωρούνται ιδανικοί υποψήφιοι λόγω της υψηλής τάσης κατανομής τους, των χαμηλών απώλειων μεταγωγής και της ανώτερης απόδοσης.
Ωστόσο, η ευρεία υιοθέτηση συσκευών SIC εξουσίας εξαρτάται από την ισορροπία μεταξύ απόδοσης και κόστους, καθώς και από την ικανότητα να ανταποκρίνεται στις υψηλές απαιτήσεις των προηγμένων διαδικασιών κατασκευής.
Επί του παρόντος, οι συσκευές SIC χαμηλής ισχύος έχουν μετατραπεί από εργαστηριακή έρευνα στην εμπορική παραγωγή. Ωστόσο, τα SIC Geafers παραμένουν σχετικά ακριβά και υποφέρουν από υψηλότερη πυκνότητα ελαττωμάτων σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά ημιαγωγών.
Ⅲ. Οι πιο ευρέως παρακολουθούμενες συσκευές SIC MOS
1. Sic-Mosfet
Το SIC-MOSFET (πυριτίου καρβιδίου-οξειδίου-οξειδίου-σήμανσης-σομογωγικού τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος) είναι αυτή τη στιγμή η πιο έντονα ερευνημένη ηλεκτρονική συσκευή ισχύος μέσα στο σύστημα υλικού SIC. Έχουν γίνει αξιοσημείωτες ανακαλύψεις από κορυφαίες εταιρείες όπως η Cree (USA) και η Rohm (Ιαπωνία).
Σε μια τυπική δομή SIC-MOSFET, τόσο η περιοχή πηγής Ν+ όσο και το P-WELL σχηματίζονται χρησιμοποιώντας εμφύτευση ιόντων, ακολουθούμενη από ανόπτηση σε υψηλές θερμοκρασίες (~ 1700 ° C) για να ενεργοποιήσουν τα δόγματα. Μία από τις κρίσιμες διεργασίες στην κατασκευή SIC-MOSFET είναι ο σχηματισμός του στρώματος οξειδίου της πύλης. Δεδομένου ότι το καρβίδιο του πυριτίου αποτελείται από άτομα Si και C, η ανάπτυξη των διηλεκτρικών πύλης απαιτεί εξειδικευμένες τεχνικές ανάπτυξης οξειδίου.
Δομή τάφρου έναντι επίπεδης δομής
Η αρχιτεκτονική SIC-MOSFET τύπου Trench μεγιστοποιεί τα πλεονεκτήματα απόδοσης των υλικών SIC έναντι των παραδοσιακών επίπεδων σχεδίων. Αυτή η δομή επιτρέπει υψηλότερη πυκνότητα ρεύματος, χαμηλότερη αντοχή και καλύτερη κατανομή ηλεκτρικού πεδίου.
2. Πλεονεκτήματα των SIC-Mosfets
Τα συμβατικά IGBTs του πυριτίου λειτουργούν συνήθως κάτω από 20 kHz. Λόγω των περιορισμών εγγενών υλικών, η λειτουργία υψηλής τάσης και υψηλής συχνότητας είναι δύσκολο να επιτευχθεί με συσκευές με βάση το πυρίτιο.
Αντίθετα, τα SIC-MOSFETs είναι κατάλληλα για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών τάσης-από 600 V έως πάνω από 10 kV-και παρουσιάζουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά μεταγωγής ως μονοπολικές συσκευές.
Σε σύγκριση με τα IGBTs του πυριτίου, προσφέρουν SIC-Mosfets:
- Μηδενικό ρεύμα ουράς κατά τη διάρκεια της εναλλαγής,
- Χαμηλότερες απώλειες μεταγωγής,
- Σημαντικά υψηλότερη συχνότητα λειτουργίας.
Για παράδειγμα, μια μονάδα SIC-MOSFET 20 kHz μπορεί να παρουσιάσει τη μισή απώλεια ισχύος μιας μονάδας IGBT πυριτίου 3 kHz. Μια ενότητα 50 A SIC μπορεί να αντικαταστήσει αποτελεσματικά μια μονάδα SI 150 A, υπογραμμίζοντας τα πλεονεκτήματα απόδοσης υψηλής συχνότητας.
Επιπλέον, η δίοδος σώματος στο SIC-MOSFETS έχει εξαιρετικά γρήγορη αντίστροφη ανάκαμψη, με:
- Εξαιρετικά σύντομος χρόνος ανάκτησης (TRR),
- Πολύ χαμηλή ανάκαμψη ανάκτησης (QRR).
Για παράδειγμα, με το ίδιο ονομαστικό ρεύμα και τάση (π.χ. 900 V), το QRR της δίοδοι σώματος του SIC-MOSFET είναι μόνο το 5% αυτού του MOSFET με βάση το πυρίτιο. Αυτό είναι ιδιαίτερα επωφελές για τα κυκλώματα τύπου γέφυρας (όπως οι μετατροπείς συντονισμού LLC που λειτουργούν πάνω από τον συντονισμό), καθώς:
- Μειώνει τις απαιτήσεις του νεκρού χρόνου,
- Ελαχιστοποιεί τις απώλειες και τον θόρυβο από την ανάκτηση των διόδων,
- Επιτρέπει υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής με βελτιωμένη απόδοση.
3. Εφαρμογές SIC-Mosfets
Οι μονάδες SIC-MOSFET καταδεικνύουν σημαντικά πλεονεκτήματα στα ενεργειακά συστήματα μέσης έως υψηλής ισχύος, όπως:
- Φωτοβολταϊκοί (PV) μετατροπείς,
- Μετατροπείς αιολικής ενέργειας,
- Ηλεκτρικά οχήματα (EV),
- Συστήματα έλξης σιδηροδρόμων.
Χάρη στις ιδιότητες υψηλής τάσης, υψηλής συχνότητας και υψηλής απόδοσης, οι συσκευές SIC επιτρέπουν τις ανακαλύψεις στο σχεδιασμό του κινητήρα EV, όπου οι παραδοσιακές συσκευές πυριτίου έχουν φτάσει σε συμφόρηση απόδοσης.
Τα εξέχοντα παραδείγματα περιλαμβάνουν:
- Η Denso και η Toyota, οι οποίες αναπτύχθηκαν από κοινού μονάδες ελέγχου ισχύος (PCUs) για υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα (HEVs) και ηλεκτρικά οχήματα μπαταριών (EV) χρησιμοποιώντας μονάδες SIC-MOSFET. Αυτά τα συστήματα πέτυχαν μείωση 5x στον όγκο.
- Η Mitsubishi Electric, η οποία ανέπτυξε ένα σύστημα κίνησης κινητήρα EV με βάση το SIC-MOSFET με πλήρως ενσωματωμένο κινητήρα και μετατροπέα, επιτυγχάνοντας μικρογραφία και ενσωμάτωση του συστήματος.
Σύμφωνα με τις προβολές, οι μονάδες SIC-MOSFET αναμένεται να δουν ευρεία υιοθεσία σε ηλεκτρικά οχήματα παγκοσμίως μεταξύ 2018 και 2020, μια τάση που συνεχίζει να αυξάνεται καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και μειώνεται το κόστος.
Ⅳ. Διόδες Silicon Carbide Schottky (SIC SBD)
1. Δομή συσκευής
Οι διόδους Silicon Carbide Schottky υιοθετούν δομή φραγμού διασταύρωσης Schottky (JBS), η οποία μειώνει αποτελεσματικά το ρεύμα ανάστροφης διαρροής και βελτιώνει την ικανότητα αποκλεισμού υψηλής τάσης. Αυτή η δομή συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της χαμηλής πτώσης τάσης προς τα εμπρός και της υψηλής ταχύτητας μεταγωγής.
2. Πλεονεκτήματα των διόδων Sic Schottky
Ως μονοπολικές συσκευές, οι δίοδοι SIC Schottky προσφέρουν ανώτερα χαρακτηριστικά ανάκτησης αντίστροφης ανάκτησης σε σύγκριση με τις παραδοσιακές δίοδοι γρήγορης ανάκτησης πυριτίου (SI FRDs). Κατά τη μετάβαση από την εμπρόσθια αγωγιμότητα σε αντίστροφη παρεμπόδιση, εκθέματα SIC διόδων:
- Κοντά-μηδέν αντίστροφη ανάκαμψη ρεύμα: Οι χρόνοι ανάκτησης αντίστροφης ανάκτησης είναι συνήθως μικρότεροι από 20ns. Για παράδειγμα, ένα SBD 600V/10A μπορεί να επιτύχει κάτω από 10Ns.
- Υψηλή ικανότητα συχνότητας μεταγωγής: επιτρέπει τη λειτουργία σε σημαντικά υψηλότερες συχνότητες με βελτιωμένη απόδοση.
- Θετικός συντελεστής θερμοκρασίας: Η αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία, καθιστώντας τις συσκευές πιο κατάλληλες για παράλληλη λειτουργία και ενίσχυση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας του συστήματος.
- Σταθερή απόδοση εναλλαγής σε θερμοκρασίες: Τα χαρακτηριστικά μεταγωγής παραμένουν συνεπή υπό θερμική τάση.
- Ελάχιστες απώλειες μεταγωγής: Ιδανικές για εφαρμογές υψηλής απόδοσης.
3. Εφαρμογές
Οι δίοδοι Sic Schottky χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές μέσης έως υψηλής ισχύος, όπως:
- Εναλλαγή τροφοδοσίας (SMPS)
- Τα κυκλώματα διόρθωσης συντελεστών ισχύος (PFC)
- Ανεξάρτητα τροφοδοτικά (UPS)
- Φωτοβολταϊκοί μετατροπείς και συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας
Η αντικατάσταση των παραδοσιακών SI FRD με SIC SBDs σε κυκλώματα PFC επιτρέπει τη λειτουργία σε συχνότητες άνω των 300kHz διατηρώντας παράλληλα την αποτελεσματικότητα. Αντίθετα, τα SI FRDs βιώνουν σημαντική πτώση απόδοσης πέραν των 100kHz. Η λειτουργία υψηλότερης συχνότητας μειώνει επίσης το μέγεθος των παθητικών εξαρτημάτων όπως οι επαγωγείς, συρρικνώνοντας τον συνολικό όγκο PCB κατά περισσότερο από 30%.
Ⅴ. Πώς θεωρείται το καρβίδιο του πυριτίου (sic);
Το καρβίδιο του πυριτίου αναγνωρίζεται ευρέως ως ένα υλικό ημιαγωγού μεγάλου Bandgap και ένας κορυφαίος εκπρόσωπος της τρίτης γενιάς ημιαγωγών. Είναι επαίνεσε για τις εξαιρετικές φυσικές και ηλεκτρικές του ιδιότητες:
1. Υλική υπεροχή
- Ευρεία ζώνη (3.09 eV): 2,8 φορές ευρύτερο από το πυρίτιο, επιτρέποντας υψηλότερες τάσεις διάσπασης.
- Υψηλής κατανομής ηλεκτρικού πεδίου (3,2 mV/cm): 5,3 φορές υψηλότερο από το πυρίτιο, επιτρέποντας πολύ λεπτότερα στρώματα μετατόπισης.
- Υψηλή θερμική αγωγιμότητα (4,9 W/cm · K): 3,3 φορές υψηλότερη από το πυρίτιο, διευκολύνοντας την καλύτερη διάχυση θερμότητας.
- Ισχυρή αντίσταση ακτινοβολίας και υψηλή πυκνότητα φορέα: κατάλληλη για ακραία περιβάλλοντα.
2. Ηλεκτρική απόδοση
Οι συσκευές SIC προσφέρουν δραματικά βελτιωμένη απόδοση σε σύγκριση με τους ομολόγους του πυριτίου:
- Η περιοχή μετατόπισης μπορεί να είναι μια σειρά μεγέθους λεπτότερη από αυτή του πυριτίου για την ίδια τιμή τάσης.
- Οι συγκεντρώσεις ντόπινγκ μπορεί να είναι μέχρι δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερες.
- Η επί τόπου ανά μονάδα είναι έως και 100 φορές χαμηλότερη.
- Η παραγωγή θερμότητας μειώνεται σημαντικά, συμβάλλοντας στην χαμηλότερη απώλειας αγωγιμότητας και μεταγωγής.
- Οι συχνότητες λειτουργίας είναι συνήθως περισσότερο από 10 φορές υψηλότερες από αυτές των συσκευών πυριτίου.
- Οι συσκευές SIC μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασίες μέχρι 400 ° C και είναι σε θέση να χειρίζονται υψηλά ρεύματα και τάσεις σε συμπαγή πακέτα.
Οι πρόσφατες εξελίξεις έχουν καταστήσει δυνατή την παραγωγή IGBTs με βάση τη SIC και άλλες συσκευές ισχύος με πολύ χαμηλότερη αντοχή και παραγωγή θερμότητας. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το SIC ένα ιδανικό υλικό για ηλεκτρονικά ισχύος επόμενης γενιάς.
Ⅵ. Τρέχουσα κατάσταση ανάπτυξης των συσκευών καρβιδίου πυριτίου (sic)
1. Τεχνικές παράμετροι
Για παράδειγμα, οι βαθμολογίες τάσης των διόδων Schottky έχουν αυξηθεί από 250V σε πάνω από 1000V, ενώ η περιοχή τσιπ έχει μειωθεί. Ωστόσο, η τρέχουσα βαθμολογία εξακολουθεί να είναι μόνο μερικές δεκάδες αμπέρ. Οι θερμοκρασίες λειτουργίας έχουν βελτιωθεί στους 180 ° C, η οποία απέχει πολύ από το θεωρητικό μέγιστο των 600 ° C. Η πτώση της τάσης προς τα εμπρός είναι επίσης μικρότερη από την ιδανική -συγκριτική σε εκείνη των συσκευών πυριτίου - με ορισμένες δίοδοι SIC που παρουσιάζουν σταγόνες τάσης προς τα εμπρός μέχρι 2V.
2. Τιμή αγοράς
Οι συσκευές SIC είναι περίπου5 έως 6 φορές πιο ακριβόαπό τις ισοδύναμες συσκευές που βασίζονται σε πυρίτιο.
Ⅶ. Προκλήσεις στην ανάπτυξη συσκευών SIC
Με βάση τις διάφορες αναφορές, οι κύριες προκλήσεις δεν βρίσκονται στην αρχή της συσκευής ή στο δομικό σχεδιασμό, το οποίο γενικά μπορεί να επιλυθεί, αλλά στη διαδικασία κατασκευής. Ακολουθούν ορισμένα βασικά ζητήματα:
1. Μικροδομικά ελαττώματα στα SIC Gafers
Ένα σημαντικό ελάττωμα είναι το micropipe, το οποίο είναι ορατό ακόμα και με γυμνό μάτι. Μέχρι να εξαλειφθούν πλήρως αυτά τα ελαττώματα στην ανάπτυξη των κρυστάλλων, είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί το SIC για ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ισχύος. Ενώ οι πλακώσεις υψηλής ποιότητας έχουν μειωμένη πυκνότητα μικροπωλίας σε μικρότερη από 15 cm⁻2, οι βιομηχανικές εφαρμογές απαιτούν βυθισμένες σε διάμετρο πάνω από 100 mm με πυκνότητες μικροπωλίας κάτω από 0,5 cm⁻2.
2. Χαμηλή απόδοση της επιταξιακής ανάπτυξης
Η ομοιοπάθεια SIC συνήθως εκτελείται μέσω εναπόθεσης χημικών ατμών (CVD) σε θερμοκρασίες άνω των 1500 ° C. Λόγω ζητημάτων εξάχνωσης, οι θερμοκρασίες δεν μπορούν να υπερβαίνουν τους 1800 ° C, με αποτέλεσμα χαμηλούς ρυθμούς ανάπτυξης. Ενώ η επιταξία υγρής φάσης επιτρέπει χαμηλότερες θερμοκρασίες και υψηλότερους ρυθμούς ανάπτυξης, η απόδοση παραμένει χαμηλή.
3. Προκλήσεις στις διαδικασίες ντόπινγκ
Η συμβατική ντόπινγκ διάχυσης δεν είναι κατάλληλο για το SIC λόγω της υψηλής θερμοκρασίας διάχυσης, η οποία θέτει σε κίνδυνο την ικανότητα κάλυψης του στρώματος Sio₂ και τη σταθερότητα του ίδιου του SIC. Απαιτείται εμφύτευση ιόντων, ιδιαίτερα για το ντόπινγκ τύπου Ρ χρησιμοποιώντας αλουμίνιο.
Ωστόσο, τα ιόντα αλουμινίου προκαλούν σημαντική βλάβη στο πλέγμα και κακή ενεργοποίηση, απαιτώντας εμφύτευση σε αυξημένες θερμοκρασίες υποστρώματος ακολουθούμενες από ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αποσύνθεση της επιφάνειας, εξάχνωση ατόμων SI και άλλα θέματα. Η βελτιστοποίηση της επιλογής του προσβλήματος, των θερμοκρασιών ανόπτησης και των παραμέτρων διεργασίας εξακολουθεί να συνεχίζεται.
4. Δυσκολία στη δημιουργία επαφών Ohmic
Η δημιουργία επαφών OHMIC με αντίσταση επαφής κάτω από 10⁻⁵ ω · CM2 είναι κρίσιμη. Ενώ οι Ni και Al χρησιμοποιούνται συνήθως, υποφέρουν από κακή θερμική σταθερότητα άνω των 100 ° C. Τα σύνθετα ηλεκτρόδια όπως το AL/Ni/W/AU μπορούν να βελτιώσουν τη θερμική σταθερότητα έως τους 600 ° C για 100 ώρες, αλλά η αντίσταση επαφής παραμένει υψηλή (~ 10⁻³ ω · cm²), καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη αξιόπιστων επαφών.
5. Αντίσταση θερμότητας των βοηθητικών υλικών
Παρόλο που τα τσιπ SIC μπορούν να λειτουργούν στους 600 ° C, τα υποστηρικτικά υλικά όπως τα ηλεκτρόδια, η συγκόλληση, τα πακέτα και η μόνωση συχνά δεν μπορούν να αντέξουν σε τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες, περιορίζοντας τη συνολική απόδοση του συστήματος.
Σημείωση: Αυτά είναι απλά επιλεγμένα παραδείγματα. Πολλές άλλες προκλήσεις κατασκευής - όπως η χάραξη των τάφρων, η παθητικοποίηση τερματισμού των άκρων και η αξιοπιστία της διεπαφής οξειδίου της πύλης σε SIC MOSFETs - εξακολουθούν να μην έχουν ιδανικές λύσεις. Η βιομηχανία δεν έχει ακόμη επιτύχει συναίνεση σε πολλά από αυτά τα ζητήματα, εμποδίζοντας σημαντικά την ταχεία ανάπτυξη συσκευών SIC Power.
Ⅷ. Γιατί οι συσκευές SIC δεν έχουν ακόμη υιοθετηθεί ευρέως
Τα πλεονεκτήματα των συσκευών SIC αναγνωρίστηκαν ήδη από τη δεκαετία του 1960. Ωστόσο, η ευρεία υιοθέτηση έχει καθυστερήσει λόγω πολυάριθμες τεχνικές προκλήσεις, ιδίως στον τομέα της μεταποίησης. Ακόμη και σήμερα, η κύρια βιομηχανική εφαρμογή του SIC παραμένει ως λειαντική (carborundum).
Το SIC δεν λιώνει υπό ελεγχόμενη πίεση, αλλά εξουδετερώνεται στους περίπου 2500 ° C, που σημαίνει ότι η ανάπτυξη των κρυστάλλων χύδην πρέπει να ξεκινά από τη φάση ατμών, μια πολύ πιο πολύπλοκη διαδικασία από την ανάπτυξη του πυριτίου (SI μειώνεται στους ~ 1400 ° C). Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην εμπορική επιτυχία είναι η έλλειψη κατάλληλων υποστρωμάτων SIC για συσκευές ημιαγωγών ισχύος.
Για το πυρίτιο, τα υποστρώματα ενός κρυστάλλου (πλακίδια) είναι άμεσα διαθέσιμα και αποτελούν τα θεμέλια για παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Παρόλο που αναπτύχθηκε μια μέθοδος για την ανάπτυξη υποστρωμάτων μεγάλης περιοχής (τροποποιημένη λοξή μέθοδο) στα τέλη της δεκαετίας του 1970, αυτά τα υποστρώματα υπέφεραν από ελαττώματα μικροπωλίας.
Μια ενιαία μικροεπικοινωνία που διεισδύει σε μια διασταύρωση PN υψηλής τάσης μπορεί να καταστρέψει την ικανότητά του αποκλεισμού. Τα τελευταία τρία χρόνια, η πυκνότητα μικροεπίπεδων μειώθηκε από δεκάδες χιλιάδες ανά mm² σε δεκάδες ανά mm². Ως αποτέλεσμα, τα μεγέθη των συσκευών έχουν περιοριστεί μόνο σε λίγα mm², με μέγιστα βαθμολογικά ρεύματα μόνο μερικών αμπέρ.
Περαιτέρω βελτιώσεις στην ποιότητα του υποστρώματος είναι απαραίτητες πριν οι συσκευές ισχύος SIC μπορούν να γίνουν εμπορικά βιώσιμες.
Ⅸ. Πρόοδος στην πυκνότητα SIC και Micropipe
Οι πρόσφατες εξελίξεις δείχνουν ότι η SIC για οπτοηλεκτρονικές συσκευές έχει φτάσει στην αποδεκτή ποιότητα, με την απόδοση και την αξιοπιστία παραγωγής να μην παρεμποδίζεται πλέον από υλικά ελαττώματα. Για τις μονοπολικές συσκευές υψηλής συχνότητας, όπως οι MOSFETs και οι δίοδοι Schottky, η πυκνότητα μικροεπίπεδων είναι ως επί το πλείστον υπό έλεγχο, αν και εξακολουθεί να επηρεάζει ελαφρώς την απόδοση.
Για συσκευές υψηλής τάσης, υψηλής ισχύος, τα υλικά SIC χρειάζονται ακόμα άλλα δύο χρόνια ανάπτυξης για να μειώσουν περαιτέρω την πυκνότητα των ελαττωμάτων. Παρά τις τρέχουσες προκλήσεις, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το SIC είναι ένα από τα πιο ελπιδοφόρα υλικά ημιαγωγών για τον 21ο αιώνα.
Ⅹ. Προϊόντα που σχετίζονται
12 ιντσών SIC Wafer 300mm πυριτίου καρβιδίου CARBIDE ΠΟΛΙΤΙΚΗ DUMMENT GRADE N-TYPE ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ