Kiselkarbid 6H

Kiselkarbid kristalliserar i flera olika strukturer, så kallade polytyper. Varje polytyp skiljer sig åt när det gäller atomarrangemang och gitterstruktur, vilket förändrar både fysiska och elektriska egenskaper.

SiC-polytyper som vanligen används i halvledaranordningar inkluderar kubisk 3C-SiC, hexagonal 4H-SiC och rhombohedral 15R-SiC; valet av dem beror på kraven och de avsedda applikationerna för varje halvledaranordning.

Elektriska egenskaper

SIc 6h har överlägsna elektriska egenskaper tack vare sin högre bärarkoncentration och bredare bandgap än Si. Dessa egenskaper kombineras för att ge enastående strömspänningsresistans (I-V), genomslagsstyrka vid både omgivande temperatur och pulserande elektriska fält, samt bandgapsjusteringar genom dopning med bor eller kväve för lågresistenta (1-30 kO cm) konduktiviteter som sträcker sig från semiisolerande till isolerande konduktivitet beroende på dopningsnivåerna.

SiC 6H har en exceptionell kombination av elektroniska och mekaniska egenskaper som gör det till ett idealiskt material för avancerade elektronikapplikationer. Dess breda bandgap och höga genombrottsspänning underlättar effektiv styrning och omvandling av elektrisk energi i högeffektselektronik och strömbrytare; dess överlägsna termiska stabilitet underlättar värmeavledning för rymdelektronik; medan dess exceptionella styrka och hårdhet gör det lämpligt för komponenter, såsom lager och turbindelar som måste fungera effektivt i tuffa miljöer.

SiC 6h uppvisar överlägsna elektriska och mekaniska egenskaper på grund av att dess Al(111)-substrat har tätare bandstrukturer på Fermi-nivåer än vanliga SiC-substrat som Si, vilket visar på ökad bindningsenergi mellan Al och SiC och därmed större vidhäftning och effektivitet vid gränssnittet mellan materialen.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbid (SiC) har utmärkt värmeledningsförmåga och är ett utmärkt materialval för högtemperaturtillämpningar, t.ex. lysdioder. Dessutom gör det större bandgapet SiC lämpligt för lysdioder och UV-fotodetektorer, kraftelektronikenheter, högfrekvenselektronikenheter samt mekaniska applikationer som skärverktygslager och turbinkomponenter. Dessutom gör dess brottseghet och slitstyrka SiC till ett tilltalande materialval i mekaniska applikationer som lager för skärverktyg och turbinkomponenter.

SiC finns i flera olika kristallstrukturer, eller polytyper. Endast vissa av dessa polytyper kan odlas på ett reproducerbart sätt för elektroniktillämpningar; bland de mer populära exemplen finns kubisk 3C-SiC, hexagonal 4H-SiC och 6H-SiC samt rhombohedral 15R-SiC.

Vår 3C-SiC-monokristall har studerats med hjälp av TDTR (Time-Domain Thermoreflectance). Resultaten visar ett imponerande värmeledningsvärde på 320 Wm-1K-1 som stämmer väl överens med de första principberäkningarna av perfekt SiC med hjälp av täthetsfunktionalteori.

De uppmätta höga k-värdena har gett ett svar på en pågående gåta om onormalt låga värden som hittats i litteraturen, vilka ansågs orsakas av onormalt stark defekt-fononspridning orsakad av borföroreningar1. Vårt prov innehåller mycket låga koncentrationer av både syre och kväve som ligger under detektionsgränsen - båda ligger på cirka 5,8 x 1015 atomer cm-3 till exempel. Detta tyder på en gynnsam miljö när det gäller att mäta defektfononspridning av defektfononer.

Täthet av defekter

Defekttätheten är en integrerad del av utvecklingen av SiC-kristallmaterial och påverkar inte bara tillväxtkvaliteten utan även prestandan hos enheter som använder dessa material. Därför är det nödvändigt att minimera defekttätheten så mycket som möjligt.

Det har gjorts mycket forskning för att förbättra kvaliteten på 6H-SiC-kristaller genom att ändra processparametrar, men få studier har fokuserat på deras effekter på ytdefekter. Denna studie avser att studera hur skador på ytan och under ytan påverkar defekttätheten för epitaxiella SiC-wafers.

En utvärdering utfördes på 6-tums HPSI SiC-kristaller som innehöll olika C/Si-förhållanden för att analysera dislokationstätheten genom att mäta intensiteten hos ZPL-emissionslinjerna, och resultaten visade att C/Si-förhållandet 0,72 gav det optimala resultatet när det gäller att minska defekttätheten och ojämnheten på skivans yta.

Kiselvakanser vid pseudokubiska gitterplatser i både 4H och 6H SiC ökar med protonbestrålningsflödet; denna effekt mättas emellertid vid en intensitet på 5x 10 14 cm-2 på grund av ett samspel mellan radiativa och icke-radiativa rekombinationskanaler som är beroende av flödet för drift.

Dessutom mättas ZPL-linjerna i 6H-SiC tidigare än de som finns i 4H-SiC på grund av skillnader i koncentrationen av icke-strålande rekombinationsföroreningar jämfört med dess 4H-motsvarighet, vilket tyder på att defektintensiteten beror på både föroreningskoncentration och atomstruktur - något som andra halvledare inte kan hävda som deras enda faktor för defekttillväxt.

Bearbetning

Kiselkarbidens kombination av styvhet och värmeledningsförmåga gör det till ett idealiskt material för speglar i astronomiska teleskop. Tekniker för kemisk förångningsdeposition möjliggör produktion av polykristallina SiC-skivor på upp till 3,5 meter. Tack vare den låga expansionskoefficienten tål materialet dessutom extrema temperaturer.

Som en sammansatt halvledare är kiselkarbid hård och spröd med ett utseende som liknar diamantens kristallstruktur. Tack vare den tetraedriska bindningen mellan kol- och kiselatomerna ökar kiselkarbidens hållbarhet, samtidigt som korrosionsbeständigheten och smältpunkten på 5000 K gör ämnet motståndskraftigt mot skador som orsakas av extrema temperaturer. Dessutom beror kiselkarbidens motståndskraft mot höga temperaturer på att dess atomer inte oxiderar när de utsätts för sådana temperaturer.

För att kunna utnyttja de elektriska egenskaperna fullt ut är det viktigt att wafers bearbetas på rätt sätt. Detta omfattar skivning, lappning, fasning, polering och inspektion. För att undvika skador under dessa processer rekommenderas starkt att wafern kyls ned till rumstemperatur innan den flyttas mellan olika arbetsområden.

SIC (System Information Consulting) är en metod för verksamhetsstyrning som utnyttjar produktionsdata i realtid för omedelbart beslutsfattande på frontlinjen. Med hjälp av en intensiv process där teamen granskar utrustningens prestanda tre eller fyra gånger under skiftet för att identifiera förbättringsmöjligheter och agera på dem, har SIC visat sig vara en effektiv metod som resulterar i betydande ökningar av OEE-tillgängligheten från fabriksgolvet.