Ποιος είναι ο προσανατολισμός του υπόστρωμα SiC;

Δεδομένου ότι ο πραγματικός κρύσταλλος δεν είναι άπειρος, θα καταλήξει τελικά σε ένα επίπεδο.έτσι οι ιδιότητες της επιφάνειας μπορεί να επηρεάσουν τις ιδιότητες της συσκευήςΑυτές οι επιφανειακές ιδιότητες περιγράφονται γενικά από το κρυστάλλινο επίπεδο ή την κατεύθυνση του κρυστάλλου.

1. Προσανατολισμός υποστρώματος SiC

Κρυστάλλινος προσανατολισμός: Η κατεύθυνση που υποδεικνύεται από τη γραμμή μεταξύ τυχόν δύο ατόμων/μοριακών/ιόντων σε κρυστάλλινο κύτταρο ονομάζεται κρυστάλλινος προσανατολισμός.
 

Κρυστάλλινο επίπεδο: Το επίπεδο που σχηματίζεται από μια σειρά ατόμων / μορίων / ιόντων ονομάζεται κρυστάλλινο επίπεδο.
 

Δείκτης προσανατολισμού κρυστάλλου: Πάρτε ένα συγκεκριμένο σημείο O του κελί μονάδας ως την προέλευση, ορίστε τον άξονα συντεταγμένων X/Y/Z μέσω της προέλευσης O,Πάρτε το μήκος του διανυσματικού πλέγματος του κυττάρου μονάδας ως τη μονάδα μήκους του άξονα συντεταγμένων, να κάνει μια ευθεία γραμμή OP μέσω της προέλευσης O, απαιτούν P σημείο να είναι το πλησιέστερο στο σημείο O, και να το κάνει παράλληλο με την κατεύθυνση του κρύσταλλου AB, καθορίστε τις τρεις συντεταγμένες τιμές του σημείου P,μετατρέψει τις τρεις τιμές στον ελάχιστο ακέραιο uΑν ένα από τα u, v ή w είναι αρνητικό, απλά βάλτε το αρνητικό σημείο πάνω από τον αριθμό.Η κατεύθυνση του κρυστάλλου στην οποία όλες οι κατευθύνσεις που υποδεικνύονται από τον δείκτη είναι συνεπείς και παράλληλες μεταξύ τους.

Ομάδα προσανατολισμού κρυστάλλου: Τα άτομα κρυστάλλου είναι διατεταγμένα στο ίδιο σύνολο κρυστάλλου, γνωστό ως κρυστάλλιο στην οικογένεια, όπως το κύβικο κρυστάλλινο σύστημα, α / β / γ τρεις τιμές είναι οι ίδιες,[111] κρυστάλλινη πλάκα σε συνολικά οκτώ στην φυλή ([111], [111], [1-11] και [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Ορίστε αυτή την ομάδα προσανατολισμού με <111>. Ομοίως, η ομάδα προσανατολισμού <100> περιέχει έξι προσανατολισμούς: [100], [010], [001], [-100],[0-10] και [00-1]Εάν δεν είναι κυβική, η ομάδα προσανατολισμού μπορεί να είναι διαφορετική με την αλλαγή της σειράς του δείκτη προσανατολισμού.

2.Σχεδιακό διάγραμμα της διάμετρου της πλάκας C και Si, της πρώτης επίπεδης, της δευτερογενούς επίπεδης και της θέσης σήμανσης με λέιζερ.

3. Γιατί τα κρυσταλλικά υπόστρωμα χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή συσκευών ισχύος όπως τα MOSFET;

Οι συσκευές ισχύος είναι γενικά συσκευές καναλιού επιφάνειας και η πυκνότητα των καταστάσεων των ελαττωμάτων επιφάνειας επηρεάζει σημαντικά την κατώτατη τάση και την αξιοπιστία.Η ατομική πυκνότητα επιφάνειας (100) της επιφάνειας του κρύσταλλου είναι η μικρότερη, και η αντίστοιχη πυκνότητα ατομικής επιφάνειας των καταστάσεων είναι επίσης η μικρότερη.και λιγότερα ελαττώματα παράγονται όταν η επιφάνεια της συσκευής οξειδώνεται.
 

Λόγω της μικρής πυκνότητας του (100) κρυστάλλου, η θερμική οξείδωσή του και ο ρυθμός χαρακτικής του είναι σχετικά γρήγορος, οι ηγέτες της διαδικασίας <100> της έρευνας της διαδικασίας κατεύθυνσης κρυστάλλου είναι επίσης περισσότεροι.
Η κατεύθυνση του κρυστάλλου <110> είναι η κατεύθυνση με τη μεγαλύτερη κινητικότητα ηλεκτρονίων στις πλακίδες πυριτίου, επειδή τα άτομα στην κατεύθυνση του κρυστάλλου <110> είναι σχετικά στενά διατεταγμένα,και τα ηλεκτρόνια θα συναντήσουν λιγότερα εμπόδια όταν κινούνται προς αυτή την κατεύθυνσηΩστόσο, τα άτομα στην κατεύθυνση του κρυστάλλου <100> είναι χαλαρά διατεταγμένα, και τα ηλεκτρόνια θα παρεμποδιστούν από πολλά εμπόδια όταν κινούνται προς αυτή την κατεύθυνση,Έτσι η κινητικότητα των ηλεκτρονίων είναι σχετικά χαμηλή.Παρόλο που τα πλακάκια πυριτίου προσανατολισμού έχουν καλύτερες επιδόσεις σε ορισμένες πτυχές,δεν χρησιμοποιούνται συχνά λόγω της στενής δομής πλέγματος τους και του υψηλού κόστους και της τεχνικής δυσκολίας της κοπής των πλακών από πυρίτιο σε πλακίδια προσανατολισμού < 110>.
 

Σε ορισμένα σχέδια διάταξης συσκευών, η κατεύθυνση κυττάρου ή η πολυσταλλική κατεύθυνση πύλης δεν είναι κάθετη προς το κανάλι εγγραφής, αλλά είναι σε γωνία 45 μοιρών με το κανάλι εγγραφής,ο σκοπός είναι να γίνει η κατεύθυνση του καναλιού της κατεύθυνσης του κρυστάλλου < 110>, αυξάνει την κινητικότητα των φορέων φορτίου, μειώνει την απώλεια, εκτός από τη διαφορετική κατεύθυνση διάταξης, η συνολική συνέπεια άγχους του πλακιδίου είναι επίσης ευεργετική.υπήρχαν όλο και περισσότερες συσκευές τύπου αυλαίας, και η κατεύθυνση των φορέων φορτίου του καναλιού ήταν κάθετη προς το κρυστάλλινο επίπεδο, οπότε ήταν ελάχιστης σημασίας να αλλάξει η άλλη κατεύθυνση από την άποψη της βελτίωσης της κινητικότητας.

Πριν από τα 40nm, οι διαδικασίες CMOS τείνουν να χρησιμοποιούν υποστρώματα προσανατολισμού κρυστάλλου <100>.Σε αυτή την κατεύθυνση, το κανάλι PMOS είναι το πιο ευαίσθητο στην πίεση συμπίεσης, οπότε η κινητικότητα μπορεί να βελτιωθεί στο μέγιστο βαθμό.Η διαδικασία 28nm θα χρησιμοποιήσει την πηγή διαρροής γερμανίου πυριτίου τεχνολογία άγχους για να βελτιστοποιήσει την κινητικότητα της τρύπαςΠαρόλο που τα πλακάκια πυριτίου προσανατολισμού < 110> έχουν καλύτερες επιδόσεις σε ορισμένες πτυχές, λόγω της σφιχτής δομής πλέγματος τους,Τα πλακάκια πυριτίου είναι πιο ακριβά και τεχνικά δύσκολο να κοπούν σε πλακάκια προσανατολισμού < 110>.

4. Γιατί οι συσκευές ισχύος SiC είναι συχνά κατασκευασμένες από κρυστάλλινη δομή 4H-SiC και <0001> πλακίδια?

Μεταξύ των διαφόρων τύπων κρυστάλλων του SiC, το 3C-SiC έχει την χαμηλότερη ενέργεια δεσμού, την υψηλότερη ενέργεια χωρίς πλέγμα, και εύκολη πυρηνική σύνθεση, αλλά είναι σε μετασταθερή κατάσταση,με χαμηλή σταθερότητα και εύκολη μεταφορά στερεών φάσεωνΗ μετάβαση φάσης είναι πιο πιθανό να συμβεί υπό την επίδραση εξωτερικών συνθηκών.Το 3C-SiC μπορεί να υποστεί μετασχηματισμό φάσης και να γίνει άλλες κρυσταλλικές μορφές.

Η ακόλουθη είναι μια συγκεκριμένη σύγκριση της διαφοράς απόδοσης μεταξύ 4H-SiC και 6H-SiC για να μάθετε γιατί οι συσκευές ισχύος SiC χρησιμοποιούν συνήθως κρυστάλλινη δομή 4H-SiC:

Οι κύριες διαφορές μεταξύ του 4H SiC και του 6H-SiC έγκουν στις κρυσταλλικές δομές, τις φυσικές ιδιότητες και τις ηλεκτρικές ιδιότητες τους.Το 4H SiC έχει μια σειρά στοιβάσματος ABCB και υψηλότερη συμμετρία σε σύγκριση με το ABABAB στοιβάσματος 6H-SiCΑυτή η διαφορά συμμετρίας επηρεάζει τη διαδικασία ανάπτυξης των κρυστάλλων, με αποτέλεσμα μικρότερη πυκνότητα ελαττωμάτων του 4H-sic και καλύτερη ποιότητα των κρυστάλλων.Το 4H-SiC παρουσιάζει υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα κατά μήκος του άξονα C και υψηλότερη κινητικότητα φορέα, καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος, όπως τα MOSFET, οι διόδοι Schottky και τα διπολικά τρανζίστορα σύνδεσης.Το 6H-SiC έχει χαμηλότερα ελαττώματα βαθιάς επιφάνειας και χαμηλότερο ποσοστό ανασυνδυασμού φορέα, η οποία είναι πιο κατάλληλη για εφαρμογές υποστρώματος υψηλής ποιότητας, όπως εφαρμογές υποστρώματος υψηλής ποιότητας, επιταξιακή ανάπτυξη και κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών.Η επιλογή μεταξύ των δύο κρυσταλλικών δομών εξαρτάται από τις ειδικές απαιτήσεις της συσκευής ημιαγωγών και την προβλεπόμενη εφαρμογή της.

5. Γιατί ο προσανατολισμός των κυψελών των συσκευών ισχύος SiC είναι συχνά <0001>;

Σύμφωνα με την ανάλυση κρυσταλλικού προσανατολισμού του πυριτίου, η κρυσταλλική δομή του 4H-SiC <0001> έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

Πλεονέκτημα της κρυστάλλινης δομής:

Η δομή της πλάκας του υλικού SiC έχει καλή συμμόρφωση πλέγματος στην κατεύθυνση του κρυστάλλου <0001>, γεγονός που επιτρέπει υψηλή κρυσταλλική ποιότητα και ακεραιότητα της πλάκας στη διαδικασία ανάπτυξης και κατασκευής της πλάκας.

Ο προσανατολισμός <0001> μπορεί να σχηματίσει μια επιφάνεια σύνδεσης Si-C με χαμηλή πυκνότητα καταστάσεων διεπαφής, η οποία ευνοεί την απόκτηση υψηλής ποιότητας διεπαφής SiC-SiO2.

Η επιφάνεια της κατεύθυνσης του κρυστάλλου <0001> είναι σχετικά επίπεδη, γεγονός που ευνοεί την απόκτηση υψηλής ποιότητας ανάπτυξης επιταξιακού φιλμ.η πυκνότητα των ατόμων άνθρακα στην κρυσταλλική κατεύθυνση <0001> είναι μεγαλύτερη, η οποία συμβάλλει στην επίτευξη υψηλότερης έντασης ηλεκτρικού πεδίου διάσπασης, η οποία είναι πολύ σημαντική για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας της μόνωσης της συσκευής.

Πλεονέκτημα θερμικής αγωγιμότητας

Το υλικό SiC έχει πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η οποία επιτρέπει αποτελεσματικότερη διάχυση θερμότητας κατά τη λειτουργία των συσκευών ισχύος.η οποία βελτιώνει περαιτέρω την απόδοση διάσπασης θερμότητας του τσιπ και συμβάλλει στη βελτίωση της πυκνότητας ισχύος και της αξιοπιστίας της συσκευής ισχύος.

Πλεονεκτήματα απόδοσης της συσκευής: Η πλάκα SiC <0001> μπορεί να επιτύχει χαμηλότερο ρεύμα διαρροής και υψηλότερη τάση διακοπής.το κύλινδρο SiC έχει επίσης υψηλότερη κινητικότητα φορέα και μεγάλη αυθόρμητη πόλωση, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση της πυκνότητας ηλεκτρονίων του καναλιού MOSFET, βελτιώνοντας το ρεύμα αγωγής στην κατάσταση αγωγής,και βοηθά στη βελτίωση της ταχύτητας εναλλαγής και της συχνότητας λειτουργίας της συσκευής.