SiC-on-Insulator SiCOI υποστρώματα υψηλής θερμικής αγωγιμότητας ευρείας ζώνης

Εισαγωγή

Οι λεπτές ταινίες του καρβιδίου του πυριτίου στον μονωτή (SiCOI) είναι καινοτόμα σύνθετα υλικά, τα οποία συνήθως κατασκευάζονται με την κατάθεση ενός λεπτού στρώματος μονοκρυστάλλου, υψηλής ποιότητας καρβιδίου του πυριτίου (SiC) (500~600 nm,σε υποστρώμα διοξειδίου του πυριτίου (SiO2)Το SiC είναι γνωστό για την εξαιρετική θερμική του αγωγιμότητα, την υψηλή τάση διάσπασης και την εξαιρετική χημική αντοχή.Αυτό το υλικό μπορεί ταυτόχρονα να ανταποκριθεί στις απαιτητικές απαιτήσεις της υψηλής ισχύος, υψηλής συχνότητας και υψηλών θερμοκρασιών.
                                                               

Αρχή

Η κατασκευή λεπτών ταινιών SiCOI μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας συμβατές με CMOS διεργασίες όπως η κοπή ιόντων και η σύνδεση, επιτρέποντας έτσι την απρόσκοπτη ενσωμάτωση με τα υπάρχοντα ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Διαδικασία κοπής ιόντων
Μία από τις διαδικασίες βασίζεται στην κοπή ιόντων (Smart Cut) και τη μεταφορά στρωμάτων SiC, ακολουθούμενη από τη σύνδεση κυψελών.Η τεχνική αυτή έχει εφαρμοστεί στην μεγάλης κλίμακας παραγωγή πλακιδίων από πυρίτιο σε μονωτή (SOI)Ωστόσο, στις εφαρμογές SiC, η εμφύτευση ιόντων μπορεί να προκαλέσει ζημιά που δεν μπορεί να ανακτηθεί με θερμική αναψύκωση, με αποτέλεσμα υπερβολικές απώλειες στις φωτονικές δομές.Η θερμική ανάψυξη υψηλής θερμοκρασίας άνω των 1000°C δεν είναι πάντα συμβατή με ορισμένες απαιτήσεις της διαδικασίας.

 
Για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τεχνικές άλεσης και χημικής μηχανικής γυάλωσης (CMP) για την άμεση αραιοποίηση της συνδεδεμένης στοίβας SiC/SiO2 - Si σε < 1 μm, επιτυγχάνοντας μια ομαλή επιφάνεια.Η περαιτέρω αραίωση μπορεί να επιτευχθεί μέσω της αντιδραστικής ιόντης χαρακτικής (RIE)Επιπλέον, έχει αποδειχθεί ότι η CMP που υποστηρίζεται από υγρή οξείδωση μειώνει αποτελεσματικά την τραχύτητα της επιφάνειας και τις απώλειες διάσπασης,Ενώ η αναψύξη υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να βελτιστοποιήσει περαιτέρω την ποιότητα των κυψελών.
                                                                 

Τεχνολογία σύνδεσης κυψελών
Μια άλλη μέθοδος προετοιμασίας είναι η τεχνολογία σύνδεσης κυψελών,που περιλαμβάνει την εφαρμογή πίεσης μεταξύ των πλακών καρβιδίου του πυριτίου (SiC) και των πλακών πυριτίου (Si) και τη χρήση των στρωμάτων θερμικής οξείδωσης των δύο πλακών για σύνδεσηΩστόσο, το στρώμα θερμικής οξείδωσης του SiC μπορεί να προκαλέσει τοπικά ελαττώματα στην διεπαφή SiC - οξείδιο.Επιπλέον, το στρώμα διοξειδίου του πυριτίου στο SiC παρασκευάζεται συνήθως με αποθέματα χημικών ατμών που ενισχύονται από πλάσμα (PECVD), και αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να προκαλέσει ορισμένα δομικά προβλήματα.

 
Για την αντιμετώπιση των προαναφερθέντων προκλήσεων, προτάθηκε μια νέα διαδικασία κατασκευής τσιπ 3C - SiCOI, η οποία υιοθετεί μια διαδικασία ανωδικής δέσμευσης σε συνδυασμό με γυαλί βοροσιλικικού,διατηρώντας έτσι όλες τις λειτουργίες της μικροεπεξεργασίας πυριτίου/CMOS και της φωτονικής SiCΕπιπλέον, το άμορφο SiC μπορεί επίσης να αποθηκευτεί απευθείας στην πλάκα SiO2/Si με PECVD ή ψεκασμό, επιτυγχάνοντας έτσι απλουστευμένη ολοκλήρωση της διαδικασίας.Όλες αυτές οι μέθοδοι είναι πλήρως συμβατές με τις διαδικασίες CMOS, προωθώντας περαιτέρω την εφαρμογή του SiCOI στον τομέα της φωτονικής.
                                                                                 

Πλεονεκτήματα
Σε σύγκριση με τις υφιστάμενες υλικές πλατφόρμες του μονωτήρα του πυριτίου (SOI), του νιτρικού πυριτίου (SiN) και του μονωτήρα του νιοβατικού λιθίου (LNOI),η πλατφόρμα υλικών SiCOI αποδεικνύει σημαντικά πλεονεκτήματα σε οπτικές εφαρμογές και αναδεικνύεται ως η πλατφόρμα υλικών επόμενης γενιάς για την κβαντική τεχνολογίαΤα συγκεκριμένα πλεονεκτήματα είναι τα εξής:

• Δείχνει εξαιρετική διαφάνεια στο εύρος μήκους κύματος από περίπου 400 nm έως περίπου 5000 nm και επιτυγχάνει εξαιρετικές επιδόσεις με απώλεια κυματοδηγού μικρότερη από 1 dB/cm.
• Υποστηρίζει πολλαπλές λειτουργίες όπως η ηλεκτρο - οπτική μεταμόρφωση, η θερμική διακόπτηση και η ρύθμιση συχνότητας.
• Δείχνει δεύτερη - αρμονική γενιά και άλλα μη γραμμικά οπτικά χαρακτηριστικά και μπορεί να χρησιμεύσει ως πλατφόρμα μονοφωτονικής πηγής βασισμένη σε κέντρα χρώματος.

 
- Δεν ξέρω.Εφαρμογές

Επιπλέον, το SiCOI συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του καρβιδίου του πυριτίου (SiC) σε υψηλή θερμική αγωγιμότητα και υψηλή τάση διάσπασης με τις καλές ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης των μονωτών,και βελτιώνει τις οπτικές ιδιότητες του αρχικού SiC waferΧρησιμοποιείται ευρέως σε υψηλής τεχνολογίας τομείς όπως η ολοκληρωμένη φωτονική, η κβαντική οπτική και οι συσκευές ενέργειας.Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα μεγάλο αριθμό υψηλής ποιότητας φωτονικών συστατικών, συμπεριλαμβανομένων των γραμμικών κυματοδηγών, των μικροκυκλωτικών αντηχών, των φωτονικών κρυστάλλινων κυματοδηγών, των μικροδιακοσμητικών αντηχών, των ηλεκτρο-οπτικών διαμορφωτών, των παρεμβολικών μετρητών Mach - Zehnder (MZI) και των διαχωριστών δέσμης.Αυτά τα στοιχεία διαθέτουν χαμηλή απώλεια και υψηλή απόδοση, παρέχοντας μια σταθερή τεχνική βάση για κβαντική επικοινωνία, φωτονική υπολογιστική και συσκευές υψηλής συχνότητας.
 
 
Οι λεπτές ταινίες του καρβιδίου του πυριτίου στον μονωτή (SiCOI) είναι καινοτόμα σύνθετα υλικά, τα οποία συνήθως κατασκευάζονται με την κατάθεση ενός λεπτού στρώματος μονοκρυστάλλου, υψηλής ποιότητας καρβιδίου του πυριτίου (SiC) (500~600 nm,σε υποστρώμα διοξειδίου του πυριτίου (SiO2)Το SiC είναι γνωστό για την εξαιρετική θερμική του αγωγιμότητα, την υψηλή τάση διάσπασης και την εξαιρετική χημική αντοχή.Αυτό το υλικό μπορεί ταυτόχρονα να ανταποκριθεί στις απαιτητικές απαιτήσεις της υψηλής ισχύος, υψηλής συχνότητας και υψηλών θερμοκρασιών.
 
                                                      
 

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερώτηση 1: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του SICOI και των παραδοσιακών συσκευών SiC-on-Si;
Α:Το μονωτικό υπόστρωμα του SICOI (π.χ. Al2O3) εξαλείφει την παρασιτική χωρητικότητα και τα ρεύματα διαρροής από τα υπόστρωμα πυριτίου, αποφεύγοντας τα ελαττώματα που προκαλούνται από τη μη συμμόρφωση του πλέγματος.Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ανώτερη αξιοπιστία της συσκευής και την απόδοση συχνότητας.
 
Ε2: Μπορείτε να δώσετε μια τυπική περίπτωση εφαρμογής του SICOI στην ηλεκτρονική αυτοκινήτου;
- Δεν ξέρω.Α:Οι μετατροπείς του Tesla Model 3 χρησιμοποιούν SiC MOSFET.
 
Ε3: Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του SICOI σε σύγκριση με το SOI (σιλικόνιο - σε - μονωτή);
- Δεν ξέρω.Α:

• - Δεν ξέρω.Η απόδοση του υλικού:Το ευρύ εύρος ζώνης του SICOI επιτρέπει τη λειτουργία σε υψηλότερη ισχύ και θερμοκρασίες, ενώ το SOI περιορίζεται από τις επιδράσεις θερμού φορέα.
• Οπτική απόδοση:Το SICOI επιτυγχάνει απώλειες κυματοδηγού <1 dB/cm, σημαντικά χαμηλότερες από τις ~3 dB/cm του SOI, καθιστώντας το κατάλληλο για φωτονική υψηλής συχνότητας.
• - Δεν ξέρω.Λειτουργική επέκταση:Το SICOI υποστηρίζει μη γραμμική οπτική (π.χ. δεύτερη - αρμονική γενιά), ενώ το SOI βασίζεται κυρίως σε γραμμικά οπτικά αποτελέσματα.

 
Συγγενικά προϊόντα