Struttura del substrato di SiC SiO2 Si da 4 pollici e 6 pollici HPSI di wafer SiCOI

Immagine in evidenza della struttura del substrato di SiC SiO2 Si da 4 pollici e 6 pollici di SiCOI

Breve descrizione:

Questo articolo presenta una panoramica dettagliata dei wafer in carburo di silicio su isolante (SiCOI), concentrandosi in particolare sui substrati da 4 e 6 pollici con strati di carburo di silicio (SiC) semiisolante ad alta purezza (HPSI) incollati su strati isolanti di biossido di silicio (SiO₂) su substrati di silicio (Si). La struttura SiCOI combina le eccezionali proprietà elettriche, termiche e meccaniche del SiC con i vantaggi di isolamento elettrico dello strato di ossido e il supporto meccanico del substrato di silicio. L'utilizzo di SiC HPSI migliora le prestazioni del dispositivo riducendo al minimo la conduzione del substrato e le perdite parassite, rendendo questi wafer ideali per applicazioni a semiconduttore ad alta potenza, alta frequenza e alta temperatura. Vengono discussi il processo di fabbricazione, le caratteristiche dei materiali e i vantaggi strutturali di questa configurazione multistrato, sottolineandone la rilevanza per l'elettronica di potenza di nuova generazione e i sistemi microelettromeccanici (MEMS). Lo studio confronta anche le proprietà e le potenziali applicazioni dei wafer SiCOI da 4 e 6 pollici, evidenziando le prospettive di scalabilità e integrazione per dispositivi semiconduttori avanzati.

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Caratteristiche

Struttura del wafer SiCOI

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) e SOD (tecnologia simile al silicio su diamante o al silicio su isolante). Include:

Misure di prestazione:

Elenca parametri quali accuratezza, tipi di errore (ad esempio, "Nessun errore", "Distanza valore") e misurazioni dello spessore (ad esempio, "Spessore strato diretto/kg").

Una tabella con valori numerici (possibilmente parametri sperimentali o di processo) sotto intestazioni come "ADDR/SYGBDT", "10/0", ecc.

Dati sullo spessore dello strato:

Voci ripetitive estese etichettate "Spessore L1 (A)" a "Spessore L270 (A)" (probabilmente in Ångström, 1 Å = 0,1 nm).

Suggerisce una struttura multistrato con controllo preciso dello spessore per ogni strato, tipica dei wafer semiconduttori avanzati.

Struttura del wafer SiCOI

SiCOI (Silicon Carbide on Insulator) è una struttura wafer specializzata che combina carburo di silicio (SiC) con uno strato isolante, simile a SOI (Silicon-on-Insulator) ma ottimizzata per applicazioni ad alta potenza/alta temperatura. Caratteristiche principali:

Composizione degli strati:

Strato superiore: carburo di silicio monocristallino (SiC) per elevata mobilità elettronica e stabilità termica.

Isolante interrato: in genere SiO₂ (ossido) o diamante (in SOD) per ridurre la capacità parassita e migliorare l'isolamento.

Substrato di base: Silicio o SiC policristallino per supporto meccanico

Proprietà del wafer SiCOI

Proprietà elettriche Ampio bandgap (3,2 eV per 4H-SiC): consente un'elevata tensione di rottura (>10 volte superiore al silicio). Riduce le correnti di dispersione, migliorando l'efficienza nei dispositivi di potenza.

Elevata mobilità elettronica:~900 cm²/V·s (4H-SiC) contro ~1.400 cm²/V·s (Si), ma migliori prestazioni ad alto campo.

Bassa resistenza di accensione:I transistor basati su SiCOI (ad esempio i MOSFET) presentano perdite di conduzione inferiori.

Ottimo isolamento:Lo strato di ossido sepolto (SiO₂) o di diamante riduce al minimo la capacità parassita e la diafonia.

Proprietà termicheElevata conduttività termica: SiC (~490 W/m·K per 4H-SiC) rispetto a Si (~150 W/m·K). Il diamante (se utilizzato come isolante) può superare i 2.000 W/m·K, migliorando la dissipazione del calore.

Stabilità termica:Funziona in modo affidabile a >300°C (rispetto ai ~150°C del silicio). Riduce i requisiti di raffreddamento nell'elettronica di potenza.

3. Proprietà meccaniche e chimicheDurezza estrema (~9,5 Mohs): resiste all'usura, rendendo il SiCOI durevole anche in ambienti difficili.

Inerzia chimica:Resiste all'ossidazione e alla corrosione, anche in condizioni acide/alcaline.

Bassa dilatazione termica:Si abbina bene ad altri materiali ad alta temperatura (ad esempio, GaN).

4. Vantaggi strutturali (rispetto a SiC o SOI sfusi)

Riduzione delle perdite di substrato:Lo strato isolante impedisce la dispersione di corrente nel substrato.

Prestazioni RF migliorate:Una minore capacità parassita consente una commutazione più rapida (utile per i dispositivi 5G/mmWave).

Design flessibile:Lo strato superiore sottile in SiC consente un ridimensionamento ottimizzato del dispositivo (ad esempio, canali ultrasottili nei transistor).

Confronto con SOI e Bulk SiC

Proprietà	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	SiC sfuso
Bandgap	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Conduttività termica	Alto (SiC + diamante)	Basso (SiO₂ limita il flusso di calore)	Alto (solo SiC)
Tensione di rottura	Molto alto	Moderare	Molto alto
Costo	Più alto	Inferiore	Più alto (SiC puro)

Applicazioni del wafer SiCOI

Elettronica di potenza
I wafer di SiCOI sono ampiamente utilizzati in dispositivi a semiconduttore ad alta tensione e alta potenza come MOSFET, diodi Schottky e interruttori di potenza. L'ampio bandgap e l'elevata tensione di rottura del SiC consentono una conversione di potenza efficiente con perdite ridotte e prestazioni termiche migliorate.

Dispositivi a radiofrequenza (RF)
Lo strato isolante nei wafer SiCOI riduce la capacità parassita, rendendoli adatti ai transistor e agli amplificatori ad alta frequenza utilizzati nelle telecomunicazioni, nei radar e nelle tecnologie 5G.

Sistemi microelettromeccanici (MEMS)
I wafer SiCOI forniscono una piattaforma solida per la fabbricazione di sensori e attuatori MEMS che funzionano in modo affidabile in ambienti difficili grazie all'inerzia chimica e alla resistenza meccanica del SiC.

Elettronica ad alta temperatura
SiCOI consente di realizzare componenti elettronici che mantengono prestazioni e affidabilità anche a temperature elevate, con conseguenti vantaggi per le applicazioni automobilistiche, aerospaziali e industriali in cui i dispositivi in silicio convenzionali falliscono.

Dispositivi fotonici e optoelettronici
La combinazione delle proprietà ottiche del SiC e dello strato isolante facilita l'integrazione di circuiti fotonici con una gestione termica migliorata.

Elettronica resistente alle radiazioni
Grazie all'intrinseca tolleranza alle radiazioni del SiC, i wafer SiCOI sono ideali per applicazioni spaziali e nucleari che richiedono dispositivi in grado di resistere ad ambienti ad alta radiazione.

Domande e risposte sul wafer SiCOI

D1: Che cos'è un wafer SiCOI?

R: SiCOI sta per Silicon Carbide-on-Insulator (Carburo di Silicio su Isolante). Si tratta di una struttura a wafer semiconduttore in cui un sottile strato di carburo di silicio (SiC) è legato a uno strato isolante (solitamente biossido di silicio, SiO₂), supportato da un substrato di silicio. Questa struttura combina le eccellenti proprietà del SiC con l'isolamento elettrico dall'isolante.

D2: Quali sono i principali vantaggi dei wafer SiCOI?

R: I principali vantaggi includono elevata tensione di rottura, ampio bandgap, eccellente conduttività termica, superiore durezza meccanica e ridotta capacità parassita grazie allo strato isolante. Ciò si traduce in prestazioni, efficienza e affidabilità migliorate del dispositivo.

D3: Quali sono le applicazioni tipiche dei wafer SiCOI?

R: Vengono utilizzati nell'elettronica di potenza, nei dispositivi RF ad alta frequenza, nei sensori MEMS, nell'elettronica ad alta temperatura, nei dispositivi fotonici e nell'elettronica resistente alle radiazioni.