SICOI (સિલિકોન કાર્બાઇડ ઓન ઇન્સ્યુલેટર) વેફર્સ SiC ફિલ્મ ઓન સિલિકોન
વિગતવાર આકૃતિ
સિલિકોન કાર્બાઇડ ઓન ઇન્સ્યુલેટર (SICOI) વેફર્સનો પરિચય
સિલિકોન કાર્બાઇડ ઓન ઇન્સ્યુલેટર (SICOI) વેફર્સ એ આગામી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર સબસ્ટ્રેટ છે જે સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) ના શ્રેષ્ઠ ભૌતિક અને ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મોને ઇન્સ્યુલેટીંગ બફર સ્તર, જેમ કે સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO₂) અથવા સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ (Si₃N₄) ની ઉત્કૃષ્ટ વિદ્યુત અલગતા લાક્ષણિકતાઓ સાથે એકીકૃત કરે છે. એક લાક્ષણિક SICOI વેફરમાં પાતળા એપિટેક્સિયલ SiC સ્તર, એક મધ્યવર્તી ઇન્સ્યુલેટીંગ ફિલ્મ અને સહાયક આધાર સબસ્ટ્રેટ હોય છે, જે સિલિકોન અથવા SiC હોઈ શકે છે.
આ હાઇબ્રિડ માળખું ઉચ્ચ-શક્તિ, ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-તાપમાન ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની કડક માંગને પૂર્ણ કરવા માટે રચાયેલ છે. ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તરનો સમાવેશ કરીને, SICOI વેફર્સ પરોપજીવી કેપેસિટેન્સ ઘટાડે છે અને લિકેજ કરંટને દબાવી દે છે, જેનાથી ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સીઝ, સારી કાર્યક્ષમતા અને સુધારેલ થર્મલ મેનેજમેન્ટ સુનિશ્ચિત થાય છે. આ ફાયદાઓ તેમને ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, 5G ટેલિકોમ્યુનિકેશન ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર, એરોસ્પેસ સિસ્ટમ્સ, અદ્યતન RF ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને MEMS સેન્સર ટેકનોલોજી જેવા ક્ષેત્રોમાં ખૂબ મૂલ્યવાન બનાવે છે.
SICOI વેફર્સનું ઉત્પાદન સિદ્ધાંત
SICOI (સિલિકોન કાર્બાઇડ ઓન ઇન્સ્યુલેટર) વેફર્સનું ઉત્પાદન અદ્યતન દ્વારા કરવામાં આવે છેવેફર બંધન અને પાતળા થવાની પ્રક્રિયા:
-
SiC સબસ્ટ્રેટ ગ્રોથ- દાતા સામગ્રી તરીકે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સિંગલ-ક્રિસ્ટલ SiC વેફર (4H/6H) તૈયાર કરવામાં આવે છે.
-
ઇન્સ્યુલેટીંગ લેયર ડિપોઝિશન– વાહક વેફર (Si અથવા SiC) પર એક ઇન્સ્યુલેટીંગ ફિલ્મ (SiO₂ અથવા Si₃N₄) બને છે.
-
વેફર બોન્ડિંગ- SiC વેફર અને કેરિયર વેફર ઉચ્ચ તાપમાન અથવા પ્લાઝ્મા સહાય હેઠળ એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે.
-
પાતળું કરવું અને પોલિશ કરવું- SiC ડોનર વેફરને થોડા માઇક્રોમીટર સુધી પાતળું કરવામાં આવે છે અને પરમાણુ રીતે સુંવાળી સપાટી મેળવવા માટે પોલિશ કરવામાં આવે છે.
-
અંતિમ નિરીક્ષણ- પૂર્ણ થયેલ SICOI વેફરનું જાડાઈ એકરૂપતા, સપાટીની ખરબચડીતા અને ઇન્સ્યુલેશન કામગીરી માટે પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા દ્વારા, એકપાતળું સક્રિય SiC સ્તરઉત્તમ વિદ્યુત અને થર્મલ ગુણધર્મો ધરાવતું, ઇન્સ્યુલેટીંગ ફિલ્મ અને સપોર્ટ સબસ્ટ્રેટ સાથે જોડાયેલું છે, જે આગામી પેઢીના પાવર અને RF ઉપકરણો માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન પ્લેટફોર્મ બનાવે છે.
SICOI વેફર્સના મુખ્ય ફાયદા
| સુવિધા શ્રેણી | ટેકનિકલ લાક્ષણિકતાઓ | મુખ્ય લાભો |
|---|---|---|
| સામગ્રીનું માળખું | 4H/6H-SiC સક્રિય સ્તર + ઇન્સ્યુલેટીંગ ફિલ્મ (SiO₂/Si₃N₄) + Si અથવા SiC વાહક | મજબૂત વિદ્યુત અલગતા પ્રાપ્ત કરે છે, પરોપજીવી હસ્તક્ષેપ ઘટાડે છે |
| વિદ્યુત ગુણધર્મો | ઉચ્ચ ભંગાણ શક્તિ (> 3 MV/cm), ઓછી ડાઇલેક્ટ્રિક ખોટ | ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને ઉચ્ચ-આવર્તન કામગીરી માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલ |
| થર્મલ ગુણધર્મો | ૪.૯ W/cm·K સુધીની થર્મલ વાહકતા, ૫૦૦°C થી ઉપર સ્થિર | અસરકારક ગરમીનું વિસર્જન, કઠોર થર્મલ લોડ હેઠળ ઉત્તમ કામગીરી |
| યાંત્રિક ગુણધર્મો | અત્યંત કઠિનતા (મોહ્સ 9.5), થર્મલ વિસ્તરણનો ઓછો ગુણાંક | તણાવ સામે મજબૂત, ઉપકરણની આયુષ્ય વધારે છે |
| સપાટી ગુણવત્તા | અતિ-સરળ સપાટી (Ra <0.2 nm) | ખામી-મુક્ત એપિટાક્સી અને વિશ્વસનીય ઉપકરણ બનાવટને પ્રોત્સાહન આપે છે |
| ઇન્સ્યુલેશન | પ્રતિકારકતા >10¹⁴ Ω·cm, ઓછો લિકેજ પ્રવાહ | RF અને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ આઇસોલેશન એપ્લિકેશન્સમાં વિશ્વસનીય કામગીરી |
| કદ અને કસ્ટમાઇઝેશન | 4, 6, અને 8-ઇંચ ફોર્મેટમાં ઉપલબ્ધ; SiC જાડાઈ 1–100 μm; ઇન્સ્યુલેશન 0.1–10 μm | વિવિધ એપ્લિકેશન આવશ્યકતાઓ માટે લવચીક ડિઝાઇન |
મુખ્ય એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો
| એપ્લિકેશન ક્ષેત્ર | લાક્ષણિક ઉપયોગના કિસ્સાઓ | કામગીરીના ફાયદા |
|---|---|---|
| પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ | EV ઇન્વર્ટર, ચાર્જિંગ સ્ટેશન, ઔદ્યોગિક પાવર ઉપકરણો | ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ, સ્વિચિંગ નુકશાનમાં ઘટાડો |
| આરએફ અને 5જી | બેઝ સ્ટેશન પાવર એમ્પ્લીફાયર, મિલિમીટર-વેવ ઘટકો | ઓછી પરોપજીવીતા, GHz-રેન્જ કામગીરીને સપોર્ટ કરે છે |
| MEMS સેન્સર્સ | કઠોર પર્યાવરણીય દબાણ સેન્સર, નેવિગેશન-ગ્રેડ MEMS | ઉચ્ચ થર્મલ સ્થિરતા, કિરણોત્સર્ગ પ્રતિરોધક |
| એરોસ્પેસ અને સંરક્ષણ | સેટેલાઇટ કોમ્યુનિકેશન્સ, એવિઓનિક્સ પાવર મોડ્યુલ્સ | ભારે તાપમાન અને કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં વિશ્વસનીયતા |
| સ્માર્ટ ગ્રીડ | HVDC કન્વર્ટર, સોલિડ-સ્ટેટ સર્કિટ બ્રેકર્સ | ઉચ્ચ ઇન્સ્યુલેશન પાવર લોસ ઘટાડે છે |
| ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ | યુવી એલઈડી, લેસર સબસ્ટ્રેટ | ઉચ્ચ સ્ફટિકીય ગુણવત્તા કાર્યક્ષમ પ્રકાશ ઉત્સર્જનને ટેકો આપે છે |
4H-SiCOI નું નિર્માણ
4H-SiCOI વેફર્સનું ઉત્પાદન આના દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છેવેફર બંધન અને પાતળા થવાની પ્રક્રિયાઓ, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ઇન્સ્યુલેટીંગ ઇન્ટરફેસ અને ખામી-મુક્ત SiC સક્રિય સ્તરોને સક્ષમ બનાવે છે.
-
a: 4H-SiCOI મટીરીયલ પ્લેટફોર્મ ફેબ્રિકેશનની યોજનાકીય.
-
b: બોન્ડિંગ અને થિનિંગનો ઉપયોગ કરીને 4-ઇંચ 4H-SiCOI વેફરની છબી; ખામીવાળા ઝોન ચિહ્નિત.
-
c: 4H-SiCOI સબસ્ટ્રેટની જાડાઈ એકરૂપતા લાક્ષણિકતા.
-
d: 4H-SiCOI ડાઇની ઓપ્ટિકલ છબી.
-
e: SiC માઇક્રોડિસ્ક રેઝોનેટર બનાવવા માટે પ્રક્રિયા પ્રવાહ.
-
f: પૂર્ણ થયેલ માઇક્રોડિસ્ક રેઝોનેટરનું SEM.
-
g: રેઝોનેટર સાઇડવોલ દર્શાવતું મોટું SEM; AFM ઇનસેટ નેનોસ્કેલ સપાટીની સરળતા દર્શાવે છે.
-
h: પેરાબોલિક આકારની ઉપરની સપાટી દર્શાવતું ક્રોસ-સેક્શનલ SEM.
SICOI વેફર્સ પર વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો
Q1: પરંપરાગત SiC વેફર્સ કરતાં SICOI વેફર્સ કયા ફાયદા ધરાવે છે?
A1: સ્ટાન્ડર્ડ SiC સબસ્ટ્રેટ્સથી વિપરીત, SICOI વેફર્સમાં એક ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તર હોય છે જે પરોપજીવી કેપેસીટન્સ અને લિકેજ કરંટ ઘટાડે છે, જેનાથી ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, બહેતર આવર્તન પ્રતિભાવ અને શ્રેષ્ઠ થર્મલ કામગીરી થાય છે.
પ્રશ્ન ૨: સામાન્ય રીતે કયા વેફર કદ ઉપલબ્ધ હોય છે?
A2: SICOI વેફર્સ સામાન્ય રીતે 4-ઇંચ, 6-ઇંચ અને 8-ઇંચ ફોર્મેટમાં બનાવવામાં આવે છે, જેમાં ઉપકરણની જરૂરિયાતોને આધારે કસ્ટમાઇઝ્ડ SiC અને ઇન્સ્યુલેટીંગ લેયર જાડાઈ ઉપલબ્ધ હોય છે.
Q3: SICOI વેફર્સથી કયા ઉદ્યોગોને સૌથી વધુ ફાયદો થાય છે?
A3: મુખ્ય ઉદ્યોગોમાં ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, 5G નેટવર્ક માટે RF ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, એરોસ્પેસ સેન્સર માટે MEMS અને UV LEDs જેવા ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સનો સમાવેશ થાય છે.
પ્રશ્ન 4: ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તર ઉપકરણની કામગીરીમાં કેવી રીતે સુધારો કરે છે?
A4: ઇન્સ્યુલેટીંગ ફિલ્મ (SiO₂ અથવા Si₃N₄) વર્તમાન લિકેજને અટકાવે છે અને વિદ્યુત ક્રોસ-ટોક ઘટાડે છે, જેનાથી ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સહનશક્તિ, વધુ કાર્યક્ષમ સ્વિચિંગ અને ગરમીનું નુકસાન ઓછું થાય છે.
પ્રશ્ન 5: શું SICOI વેફર્સ ઉચ્ચ-તાપમાન એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય છે?
A5: હા, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને 500°C થી વધુ પ્રતિકાર સાથે, SICOI વેફર્સ ભારે ગરમી અને કઠોર વાતાવરણમાં વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરવા માટે રચાયેલ છે.
Q6: શું SICOI વેફર્સને કસ્ટમાઇઝ કરી શકાય છે?
A6: બિલકુલ. ઉત્પાદકો વિવિધ સંશોધન અને ઔદ્યોગિક જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે ચોક્કસ જાડાઈ, ડોપિંગ સ્તર અને સબસ્ટ્રેટ સંયોજનો માટે અનુરૂપ ડિઝાઇન ઓફર કરે છે.
