Soitecs SmartSiC-process använder en mono-SiC single crystal wafer som är bunden till en konstruerad poly-SiC-yta, vilket skapar ett substrat med lägre resistans som bör göra det enklare för kunderna att implementera SiC-komponenter.
PGC Consultancys beräkningar visade att deras substrat med sina unika resistivitetsvärden kunde minska MOSFET:ens totala resistans med 20%, enligt PGC Consultancys uppskattningar.
1. Hög resistivitet
Resistans är kraftelektronikens valuta. Varje ohm som kan kapas från en MOSFETs totala tillslagsmotstånd gör att den kan arbeta vid lägre spänning, vilket leder till högre energieffektivitet samt ökat utbyte av komponenter och ökad tillverkningskapacitet. Alla processer som ökar resistansen är av stort intresse inom denna bransch.
Soitec har utvecklat ett substrat kallat SmartSiC(tm), med hjälp av sin Smart Cut(tm)-teknik, som erbjuder överlägsen kiselkarbid (SiC). Det binder ett ultratunt lager av högkvalitativ 4H-SiC till en polykristallin SiC-wafer med extremt låg resistans, vilket ger betydligt lägre motstånd i komponenterna jämfört med standard mono-SiC-wafers samtidigt som man producerar mindre kiselplattor för givna resistanser, vilket i slutändan förbättrar komponenternas prestanda och tillverkningsutbytet.
Framstegen inom SiC-kraftindustrin är av stor betydelse och av stort intresse för alla som har arbetat med att utveckla SiC-baserade kraftaggregat. Sådana enheter ger förbättrad effektivitet vid kraftomvandling samtidigt som de möjliggör lättare och mer kompakta konstruktioner för elfordon och industriell utrustning - vilket i sin tur leder till betydande minskningar av koldioxidutsläppen jämfört med traditionella kiselsystem - något som är avgörande när vi går mot en grönare framtid och övergår från fossila bränslen till renare energikällor.
2. Låg resistivitet
Power MOSFETs blir en allt viktigare komponent i elektroniska kraftapplikationer, och deras låga specifika on-resistans (SOR) är avgörande för att minska oönskade parasiteffekter som switchförluster och brusföroreningar. Eftersom efterfrågan på SiC power MOSFETs ökar exponentiellt är det absolut nödvändigt att hitta en kostnadseffektiv och hållbar metod för att producera enheter med så låg SOR för att hålla jämna steg med de ökande kraven.
Den elektriska resistiviteten hos poröst SiC kan variera avsevärt beroende på dess sammansättning och bearbetningsförhållanden, särskilt dess porositet (%) och polytyp (a eller b). Dessutom kan närvaron av andrafastillsatser öka eller minska detta elektriska motstånd avsevärt; de skapar energinivåer nära bandgapet vilket i sin tur minskar motståndet avsevärt.
Sintringsatmosfären har en enorm effekt på den elektriska resistiviteten hos porös SiC. Sintring i N2 ger lägre resistivitet än när den sker i Ar, eftersom N2:s högre löslighet för kväve ökar fasomvandlingen av b-SiC till a-SiC och förbättrar N-dopningen av detta material.
Dopning av poröst SiC med olika tillsatser är ett annat effektivt sätt att ändra dess elektriska resistivitet, aktivera en acceptor-donor-kompensationsmekanism för att sänka dess elektriska resistivitet och därmed minska den elektriska resistiviteten i proverna. Tyvärr har en optimal dopningskoncentration ännu inte identifierats.
3. Hög dopning
Metalldopade SiC-system uppvisar justerbara magnetiska och elektroniska egenskaper baserat på deras hybridiseringsorbitaler som upptar orbitaler nära Fermi-nivån, såsom justerbara magnetiska egenskaper. Baserat på bindningsenergi och överföringsladdningsegenskaper kan dessa material klassificeras som antingen halvledande eller metalliska; vanliga exempel är Ti-SiC, V-SiC, Cr-SiC, Mn-SiC, Fe-SiC, Co-SiC ZnSiC eller GeSiC-system.
Metalldopade SiC-wafers uppvisar ofta låga och ojämna dopningskoncentrationer som orsakas av slumpmässig fördelning av föroreningsatomer under tillverkningen av SiC-epilagren, vilket skapar en obalanserad dopningsfördelning och ökar waferns kontaktmotstånd.
Soitec introducerade sitt SmartSiC-substrat som en lösning, med balanserad dopningsfördelning över hela ytan för att ge mer enhetliga och förutsägbara materialegenskaper än vad standardwafers gör. För att lösa detta problem blir enhetsprestandan lidande och utbytet minskar dramatiskt som ett resultat. För att hantera denna utmaning har Soitec utvecklat sitt SmartSiC-substrat. Till skillnad från standardwafers ger SmartSiC en mer enhetlig dopning över hela materialytan, vilket ger ökad prestanda och utbyte.
SmartSiC eliminerar behovet av förkonditionering, vilket sänker tillverkningskostnaderna och ökar tillförlitligheten i kraftaggregat. Dessutom sänker den höga dopningen kontaktmotståndet avsevärt från 50 till 100 uOhm-cm2 till 5 uOhm-cm2.
SmartSiC-substrat uppvisar överlägsen defektprestanda och förväntat utbyte jämfört med referenssubstrat av industristandard, och matchar monolitiska och konstruerade SiC-wafers när det gäller dopningsuniformitet, tjocklekstoleranser och kritisk dimensionskontroll - med Soitecs unika jonimplantationsteknik som möjliggör kontroll över dopningskoncentrationen i både p-basen och N+-källregionerna, vilket ytterligare ökar prestandan.
4. Lågt kontaktmotstånd
Kiselkarbid är ett mycket lovande material för krafthalvledare, men dess breda användning är beroende av sänkta kostnader och ökad potential för kostnadsbesparingar i industri- och elbilstillämpningar. Fram till nyligen har SiC:s höga kontaktmotstånd begränsat dess användning; för att ytterligare förbättra enhetens prestanda måste man implementera strategier med lågt kontaktmotstånd som involverar material och processer som sänker detta motstånd.
Soitec och Resonac har samarbetat för att ta fram 200 mm (8 tum) kiselkarbidsubstrat, så kallade SmartSiC-substrat, som ger minskat kontaktmotstånd (RC) på baksidan vid tillverkning av komponenter. Syftet är att påskynda användningen av kiselkarbid för tillämpningar som elektrisk mobilitet, industriella tillämpningar och smarta elnät.
SmartSiC-substrat skapas med hjälp av Smart Cut-processen, där en mono-SiC-"givarwafer" permanent fästs på en poly-SiC-handtagswafer via laserljusimplantation; när den delats på önskat djup vänds den sedan och fästs permanent på sin handtagsmotsvarighet.
Soitec hävdar att SmartSiC-substraten har lägre resistivitet på baksidan för ökad deponeringsdensitet av metall på framsidan och minskat kontaktmotstånd för kraftaggregat, samt lägre CAPEX- och OPEX-kostnader när mono-SiC-substrat ersätts med SmartSiC-substrat i vertikalt integrerade IDM-produktionsanläggningar, vilket sparar pengar på både CAPEX- och OPEX-kostnader samtidigt som produktionen bibehålls på en likvärdig volym.
Swedish 
English 
German 
French