Choisir le wafer SiC adapté à votre application

Les ingénieurs qui souhaitent utiliser des dispositifs SiC doivent tenir compte des performances et des coûts lorsqu'ils choisissent une plaquette de silicium adaptée à leur application. Les substrats de qualité supérieure offrent une qualité optimale, tandis que les plaquettes de qualité recherche offrent des solutions plus économiques pour les applications non critiques.

Avant que les plaquettes de carbure de silicium (SiC) puissent être utilisées pour la fabrication de dispositifs, elles doivent d'abord être mises en forme. Cette opération est généralement réalisée à l'aide d'une scie multifilaire combinée à une boue abrasive diamantée.

Stabilité à haute température

La capacité du carbure de silicium à résister aux températures élevées est essentielle pour le traitement des semi-conducteurs. Grâce à sa résistance et à sa pureté chimique, le SiC est fréquemment utilisé comme support pour les plateaux de gaufrettes ou comme palette dans les fours à semi-conducteurs ; en outre, sa stabilité thermique en fait un composant clé dans les régulateurs de température et de tension tels que les thermistances et les varistances.

Le SiC est disponible sous différentes formes appelées polytypes, qui se distinguent par l'empilement des atomes de silicium et de carbone. Chaque polytype offre des propriétés électriques différentes qui ont un impact sur les performances et la fiabilité des dispositifs, que les ingénieurs sélectionnent en fonction des conditions opérationnelles et des caractéristiques de performance souhaitées.

Au cœur de la préparation des substrats SiC pour la fabrication de dispositifs se trouve la découpe des plaquettes à l'aide d'une scie à fil, une étape essentielle qui contribue à l'amélioration de la forme des plaquettes en aval, telle que l'amélioration de la courbure et du gauchissement, en fonction de la qualité de la découpe. Parmi les facteurs importants, citons la sélection de combinaisons appropriées de boues et de tampons de polissage abrasifs diamantés, ainsi que les réglages de vitesse et d'avance pour cette étape.

Tension de rupture élevée

Avec l'évolution rapide de la 5G et d'autres technologies, les dispositifs semi-conducteurs à haute puissance/haute tension sont devenus de plus en plus essentiels. Le carbure de silicium (SiC) est un excellent choix de matériau pour ces dispositifs électroniques de haute performance en raison de ses propriétés thermiques et électriques supérieures.

En raison de la large bande interdite du SiC, son champ électrique critique est nettement supérieur à celui du silicium (Si). En outre, la multiplication initiée par les électrons dépend moins de l'orientation du cristal et l'énergie d'ionisation d'impact est donc nettement plus élevée dans les jonctions pn en SiC que dans les dispositifs en Si, quelle que soit la tension de claquage.

La production de plaquettes de SiC de haute qualité nécessite l'optimisation de plusieurs éléments clés, notamment le choix d'une suspension de polissage idéale, le choix d'une combinaison optimale de tampons et de technologies de polissage, et le choix d'une machine appropriée. Pureon possède une vaste expérience dans l'optimisation de ces processus, ce qui permet d'augmenter les taux d'enlèvement de matière, l'uniformité de la forme des plaquettes et la qualité de la surface.

Faible résistance à l'état passant

Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur avancé doté d'une large bande interdite qui lui permet de fonctionner à des températures élevées, en plus de posséder des propriétés de conductivité électrique et thermique supérieures, ce qui en fait le matériau idéal pour de nombreuses applications différentes, des batteries de véhicules électriques aux appareils 5G, en passant par les applications IOT.

Cependant, les performances de tout dispositif de puissance sont déterminées par sa résistance à l'état passant. Il s'agit d'un obstacle important à l'efficacité qui pourrait entraver son fonctionnement dans des environnements exigeants.

Les fabricants de plaquettes de SiC se sont fixé pour défi de diminuer la résistance à l'état passant de leurs dispositifs en augmentant la densité de dopage de leurs couches n, de manière à accroître la masse effective des électrons accélérés en leur sein et plus susceptibles de subir une ionisation par impact le long de 0001. Cela augmente l'énergie nécessaire à l'accélération des électrons jusqu'à ce qu'ils atteignent la tension de claquage, diminuant ainsi la résistance à l'état passant des transistors à effet de champ en carbure de silicium.

Haute efficacité

Les plaquettes de SiC ont été développées à l'origine pour des applications industrielles abrasives ; aujourd'hui, cependant, leur impact se fait sentir dans toutes les applications d'électronique de puissance. La loi de Moore touchant à sa fin, les fabricants de véhicules électriques et les applications aérospatiales se tournent vers le SiC pour obtenir des gains d'efficacité significatifs et améliorer la longévité des appareils.

Le potentiel du SiC doit toutefois être exploité grâce à un substrat capable de résister au processus rigoureux de production de plaquettes. Les ébauches doivent passer avec succès l'étape de la scie à fil avec un minimum de courbure, de gauchissement et de variation de l'épaisseur totale (TTV).

L'optimisation de la croissance cristalline - y compris les gradients de température, les débits de gaz et les niveaux d'impureté - est essentielle à la production de lingots de SiC présentant un minimum de défauts, alors que le découpage final détermine la performance des plaquettes. Grâce aux techniques de rainurage et de cassage utilisées dans la découpe du verre depuis des décennies, l'étape finale de découpage déterminera la qualité des plaquettes de SiC produites ; ici, la méthode de rainurage et de cassage promet des améliorations significatives. Grâce à son processus de rendement supérieur, elle permet de fabriquer des dispositifs de puissance dotés de performances électriques exceptionnelles et d'une fiabilité supérieure.

Résistance mécanique élevée

Le SiC est un matériau exceptionnellement dur et résistant à l'usure, ce qui en fait le matériau idéal pour les environnements exigeants. Grâce à sa résistance, les dispositifs d'électronique de puissance peuvent fonctionner à des températures et des tensions plus élevées sans perte de performance, et créer des dispositifs plus petits avec des résistances parasites plus faibles.

La production de plaquettes de SiC peut être une tâche complexe et fastidieuse, nécessitant la sélection d'une suspension et d'un tampon de polissage, ainsi que des paramètres de traitement précis conçus pour obtenir une faible rugosité de la surface de la plaquette. Les décennies d'expérience de Pureon dans le développement de produits pour cette industrie apportent une aide précieuse aux fabricants qui recherchent des processus fiables pour la production de ces substrats.

L'examen minutieux des spécifications des plaquettes et des capacités des fournisseurs permet aux clients de choisir des plaquettes de SiC de qualité Prime ou Research pour répondre au mieux aux objectifs de leur projet tout en respectant les contraintes budgétaires. Ils peuvent ainsi tirer parti des deux technologies tout en profitant pleinement des avantages de chacune d'entre elles.

Haute durabilité

Le carbure de silicium (SiC), utilisé depuis des décennies dans les abrasifs industriels et les freins automobiles, constitue un excellent choix de matériau pour les applications résistantes aux rayonnements à haute température. En outre, les propriétés du carbure de silicium le rendent adapté aux dispositifs de puissance de la prochaine génération.

Les propriétés thermiques et mécaniques supérieures amplifient encore les avantages des plaquettes de SiC en termes de performances. Leur dissipation thermique efficace permet une meilleure efficacité des dispositifs, tandis que leur dureté les protège des dommages et de l'usure dans les environnements exigeants.

Les efforts déployés par les fabricants de plaquettes pour atteindre la parité des coûts avec les dispositifs en silicium et surmonter les contraintes de la chaîne d'approvisionnement liées à la croissance des véhicules électriques (VE) les obligeront à innover et à investir dans des améliorations. Le choix de plaquettes de qualité ’Prime" ou "Research" a un impact direct sur ces caractéristiques intrinsèques. Il est donc essentiel de prendre le temps d'examiner attentivement les spécifications et les capacités des fournisseurs pour assurer la réussite de votre projet.