Wafer SICOI (Carburo di Silicio su Isolante) Film SiC SU Silicio

Wafer SICOI (carburo di silicio su isolante) Film di SiC su silicio Immagine in evidenza

Breve descrizione:

I wafer in carburo di silicio su isolante (SICOI) sono substrati semiconduttori di nuova generazione che integrano le superiori proprietà fisiche ed elettroniche del carburo di silicio (SiC) con le eccezionali caratteristiche di isolamento elettrico di uno strato isolante tampone, come il biossido di silicio (SiO₂) o il nitruro di silicio (Si₃N₄). Un tipico wafer SICOI è costituito da un sottile strato epitassiale di SiC, un film isolante intermedio e un substrato di base di supporto, che può essere in silicio o SiC.

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Caratteristiche

Diagramma dettagliato

Introduzione di wafer di carburo di silicio su isolante (SICOI)

Questa struttura ibrida è progettata per soddisfare i severi requisiti dei dispositivi elettronici ad alta potenza, alta frequenza e alta temperatura. Incorporando uno strato isolante, i wafer SICOI riducono al minimo la capacità parassita e sopprimono le correnti di dispersione, garantendo così frequenze operative più elevate, una migliore efficienza e una migliore gestione termica. Questi vantaggi li rendono estremamente preziosi in settori come i veicoli elettrici, le infrastrutture di telecomunicazione 5G, i sistemi aerospaziali, l'elettronica RF avanzata e le tecnologie dei sensori MEMS.

Principio di produzione dei wafer SICOI

I wafer SICOI (carburo di silicio su isolante) sono realizzati tramite un avanzatoprocesso di saldatura e assottigliamento dei wafer:

Crescita del substrato SiC– Come materiale donatore viene preparato un wafer di SiC monocristallino di alta qualità (4H/6H).
Deposizione dello strato isolante– Sul wafer di supporto (Si o SiC) si forma una pellicola isolante (SiO₂ o Si₃N₄).
Saldatura di wafer– Il wafer di SiC e il wafer di supporto vengono uniti tra loro tramite alta temperatura o tramite l'ausilio del plasma.
Diluizione e lucidatura– Il wafer donatore di SiC viene assottigliato fino a pochi micrometri e lucidato per ottenere una superficie atomicamente liscia.
Ispezione finale– Il wafer SICOI completato viene testato per verificarne l'uniformità dello spessore, la rugosità superficiale e le prestazioni di isolamento.

Attraverso questo processo, unsottile strato attivo di SiCcon eccellenti proprietà elettriche e termiche è combinato con una pellicola isolante e un substrato di supporto, creando una piattaforma ad alte prestazioni per dispositivi di potenza e RF di nuova generazione.

Principali vantaggi dei wafer SICOI

Categoria di funzionalità	Caratteristiche tecniche	Vantaggi principali
Struttura del materiale	Strato attivo 4H/6H-SiC + film isolante (SiO₂/Si₃N₄) + supporto Si o SiC	Ottiene un forte isolamento elettrico, riduce le interferenze parassite
Proprietà elettriche	Elevata resistenza alla rottura (>3 MV/cm), bassa perdita dielettrica	Ottimizzato per il funzionamento ad alta tensione e alta frequenza
Proprietà termiche	Conduttività termica fino a 4,9 W/cm·K, stabile sopra i 500°C	Dissipazione efficace del calore, prestazioni eccellenti sotto carichi termici gravosi
Proprietà meccaniche	Durezza estrema (Mohs 9,5), basso coefficiente di dilatazione termica	Resistente allo stress, aumenta la longevità del dispositivo
Qualità della superficie	Superficie ultra liscia (Ra <0,2 nm)	Promuove un'epitassia priva di difetti e una fabbricazione affidabile dei dispositivi
Isolamento	Resistività >10¹⁴ Ω·cm, bassa corrente di dispersione	Funzionamento affidabile in applicazioni di isolamento RF e ad alta tensione
Dimensioni e personalizzazione	Disponibile nei formati da 4, 6 e 8 pollici; spessore SiC 1–100 μm; isolamento 0,1–10 μm	Design flessibile per diverse esigenze applicative

Aree di applicazione principali

Settore applicativo	Casi d'uso tipici	Vantaggi prestazionali
Elettronica di potenza	Inverter per veicoli elettrici, stazioni di ricarica, dispositivi di alimentazione industriali	Elevata tensione di rottura, ridotta perdita di commutazione
RF e 5G	Amplificatori di potenza per stazioni base, componenti a onde millimetriche	Bassa parassitaria, supporta operazioni nell'intervallo GHz
Sensori MEMS	Sensori di pressione per ambienti difficili, MEMS di livello di navigazione	Elevata stabilità termica, resistente alle radiazioni
Aerospaziale e difesa	Comunicazioni satellitari, moduli di potenza avionici	Affidabilità in condizioni di temperature estreme ed esposizione alle radiazioni
Rete intelligente	Convertitori HVDC, interruttori automatici a stato solido	L'elevato isolamento riduce al minimo la perdita di potenza
Optoelettronica	LED UV, substrati laser	L'elevata qualità cristallina supporta un'emissione luminosa efficiente

Fabbricazione di 4H-SiCOI

La produzione di wafer 4H-SiCOI è ottenuta attraversoprocessi di saldatura e assottigliamento dei wafer, consentendo interfacce isolanti di alta qualità e strati attivi SiC privi di difetti.

a: Schema della fabbricazione della piattaforma del materiale 4H-SiCOI.
b: Immagine di un wafer 4H-SiCOI da 4 pollici mediante incollaggio e assottigliamento; zone difettose contrassegnate.
c: Caratterizzazione dell'uniformità dello spessore del substrato 4H-SiCOI.
d: Immagine ottica di un dado 4H-SiCOI.
e: Flusso di processo per la fabbricazione di un risonatore a microdisco SiC.
f: SEM di un risonatore a microdisco completato.
g: SEM ingrandito che mostra la parete laterale del risonatore; l'inserto AFM mostra la levigatezza della superficie su scala nanometrica.
h: Sezione trasversale SEM che illustra la superficie superiore di forma parabolica.

FAQ sui wafer SICOI

D1: Quali vantaggi presentano i wafer SICOI rispetto ai tradizionali wafer SiC?
A1: A differenza dei substrati SiC standard, i wafer SICOI includono uno strato isolante che riduce la capacità parassita e le correnti di dispersione, garantendo una maggiore efficienza, una migliore risposta in frequenza e prestazioni termiche superiori.

D2: Quali sono le dimensioni dei wafer solitamente disponibili?
A2: I wafer SICOI vengono solitamente prodotti nei formati da 4, 6 e 8 pollici, con SiC e spessore dello strato isolante personalizzati a seconda dei requisiti del dispositivo.

D3: Quali settori traggono i maggiori vantaggi dai wafer SICOI?
A3: I settori chiave includono l'elettronica di potenza per veicoli elettrici, l'elettronica RF per reti 5G, i MEMS per sensori aerospaziali e l'optoelettronica come i LED UV.

D4: In che modo lo strato isolante migliora le prestazioni del dispositivo?
A4: La pellicola isolante (SiO₂ o Si₃N₄) impedisce la dispersione di corrente e riduce la diafonia elettrica, consentendo una maggiore resistenza alla tensione, una commutazione più efficiente e una ridotta perdita di calore.

D5: I wafer SICOI sono adatti per applicazioni ad alta temperatura?
R5: Sì, grazie all'elevata conduttività termica e alla resistenza oltre i 500°C, i wafer SICOI sono progettati per funzionare in modo affidabile in condizioni di calore estremo e in ambienti difficili.

D6: I wafer SICOI possono essere personalizzati?
R6: Assolutamente sì. I produttori offrono progetti personalizzati per spessori, livelli di drogaggio e combinazioni di substrati specifici, per soddisfare diverse esigenze di ricerca e industriali.

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