SiCOI વેફર 4 ઇંચ 6 ઇંચ HPSI SiC SiO2 Si સબએટ્રેટ માળખું

ટૂંકું વર્ણન:

આ પેપર સિલિકોન કાર્બાઇડ-ઓન-ઇન્સ્યુલેટર (SiCOI) વેફર્સનું વિગતવાર વિહંગાવલોકન રજૂ કરે છે, ખાસ કરીને 4-ઇંચ અને 6-ઇંચના સબસ્ટ્રેટ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે જેમાં સિલિકોન (Si) સબસ્ટ્રેટની ઉપર સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO₂) ઇન્સ્યુલેટિંગ સ્તરો પર બંધાયેલા ઉચ્ચ-શુદ્ધતા સેમી-ઇન્સ્યુલેટિંગ (HPSI) સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) સ્તરો છે. SiCOI માળખું SiC ના અસાધારણ વિદ્યુત, થર્મલ અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને ઓક્સાઇડ સ્તરના વિદ્યુત અલગતા લાભો અને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટના યાંત્રિક સપોર્ટ સાથે જોડે છે. HPSI SiC નો ઉપયોગ સબસ્ટ્રેટ વહનને ઘટાડીને અને પરોપજીવી નુકસાન ઘટાડીને ઉપકરણની કામગીરીમાં વધારો કરે છે, જે આ વેફર્સ ઉચ્ચ-શક્તિ, ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-તાપમાન સેમિકન્ડક્ટર એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ બનાવે છે. આ મલ્ટિલેયર રૂપરેખાંકનની ફેબ્રિકેશન પ્રક્રિયા, સામગ્રી લાક્ષણિકતાઓ અને માળખાકીય ફાયદાઓની ચર્ચા કરવામાં આવી છે, જે આગામી પેઢીના પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ (MEMS) માટે તેની સુસંગતતા પર ભાર મૂકે છે. અભ્યાસમાં 4-ઇંચ અને 6-ઇંચના SiCOI વેફર્સના ગુણધર્મો અને સંભવિત એપ્લિકેશનોની પણ તુલના કરવામાં આવી છે, જે અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો માટે સ્કેલેબિલિટી અને એકીકરણ સંભાવનાઓને પ્રકાશિત કરે છે.

અમને ઇમેઇલ મોકલો

સુવિધાઓ

SiCOI વેફરનું માળખું

HPB (હાઇ-પર્ફોર્મન્સ બોન્ડિંગ) BIC (બોન્ડેડ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ) અને SOD (સિલિકોન-ઓન-ડાયમંડ અથવા સિલિકોન-ઓન-ઇન્સ્યુલેટર જેવી ટેકનોલોજી). તેમાં શામેલ છે:

પ્રદર્શન મેટ્રિક્સ:

ચોકસાઈ, ભૂલ પ્રકારો (દા.ત., "કોઈ ભૂલ નથી," "મૂલ્ય અંતર"), અને જાડાઈ માપન (દા.ત., "ડાયરેક્ટ-લેયર જાડાઈ/કિલો") જેવા પરિમાણોની યાદી આપે છે.

"ADDR/SYGBDT," "10/0," વગેરે શીર્ષકો હેઠળ સંખ્યાત્મક મૂલ્યો (કદાચ પ્રાયોગિક અથવા પ્રક્રિયા પરિમાણો) સાથેનું કોષ્ટક.

સ્તર જાડાઈ ડેટા:

"L1 જાડાઈ (A)" થી "L270 જાડાઈ (A)" લેબલવાળી વ્યાપક પુનરાવર્તિત એન્ટ્રીઓ (સંભવતઃ Ångströms માં, 1 Å = 0.1 nm).

દરેક સ્તર માટે ચોક્કસ જાડાઈ નિયંત્રણ સાથે બહુ-સ્તરીય માળખું સૂચવે છે, જે અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર વેફરમાં લાક્ષણિક છે.

SiCOI વેફર સ્ટ્રક્ચર

SiCOI (સિલિકોન કાર્બાઇડ ઓન ઇન્સ્યુલેટર) એ એક વિશિષ્ટ વેફર સ્ટ્રક્ચર છે જે સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) ને ઇન્સ્યુલેટીંગ લેયર સાથે જોડે છે, જે SOI (સિલિકોન-ઓન-ઇન્સ્યુલેટર) જેવું જ છે પરંતુ ઉચ્ચ-શક્તિ/ઉચ્ચ-તાપમાન એપ્લિકેશનો માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે. મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ:

સ્તર રચના:

ટોચનું સ્તર: ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા અને થર્મલ સ્થિરતા માટે સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC).

દફનાવવામાં આવેલ ઇન્સ્યુલેટર: સામાન્ય રીતે પરોપજીવી ક્ષમતા ઘટાડવા અને આઇસોલેશન સુધારવા માટે SiO₂ (ઓક્સાઇડ) અથવા ડાયમંડ (SOD માં).

બેઝ સબસ્ટ્રેટ: યાંત્રિક સપોર્ટ માટે સિલિકોન અથવા પોલીક્રિસ્ટલાઇન SiC

SiCOI વેફરના ગુણધર્મો

વિદ્યુત ગુણધર્મો પહોળો બેન્ડગેપ (4H-SiC માટે 3.2 eV): ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ (>સિલિકોન કરતા 10× વધુ) સક્ષમ કરે છે. લીકેજ કરંટ ઘટાડે છે, પાવર ઉપકરણોમાં કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે.

ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા:~900 cm²/V·s (4H-SiC) વિરુદ્ધ ~1,400 cm²/V·s (Si), પરંતુ વધુ સારું હાઇ-ફિલ્ડ પ્રદર્શન.

ઓછી પ્રતિકારકતા:SiCOI-આધારિત ટ્રાન્ઝિસ્ટર (દા.ત., MOSFETs) ઓછા વહન નુકસાન દર્શાવે છે.

ઉત્તમ ઇન્સ્યુલેશન:દફનાવવામાં આવેલ ઓક્સાઇડ (SiO₂) અથવા હીરાનું સ્તર પરોપજીવી કેપેસીટન્સ અને ક્રોસસ્ટોકને ઘટાડે છે.

થર્મલ ગુણધર્મોઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા: SiC (~490 W/m·K 4H-SiC માટે) વિરુદ્ધ Si (~150 W/m·K). હીરા (જો ઇન્સ્યુલેટર તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે) 2,000 W/m·K થી વધુ હોઈ શકે છે, જે ગરમીના વિસર્જનમાં વધારો કરે છે.

થર્મલ સ્થિરતા:>300°C (સિલિકોન માટે ~150°C) પર વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરે છે. પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં ઠંડકની જરૂરિયાતો ઘટાડે છે.

૩. યાંત્રિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોઅત્યંત કઠિનતા (~9.5 Mohs): ઘસારોનો પ્રતિકાર કરે છે, જે SiCOI ને કઠોર વાતાવરણ માટે ટકાઉ બનાવે છે.

રાસાયણિક જડતા:એસિડિક/આલ્કલાઇન સ્થિતિમાં પણ ઓક્સિડેશન અને કાટનો પ્રતિકાર કરે છે.

ઓછું થર્મલ વિસ્તરણ:અન્ય ઉચ્ચ-તાપમાન સામગ્રી (દા.ત., GaN) સાથે સારી રીતે મેળ ખાય છે.

૪. માળખાકીય ફાયદા (બલ્ક SiC અથવા SOI વિરુદ્ધ)

સબસ્ટ્રેટ નુકસાનમાં ઘટાડો:ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તર સબસ્ટ્રેટમાં પ્રવાહના લિકેજને અટકાવે છે.

સુધારેલ RF કામગીરી:નીચું પરોપજીવી કેપેસીટન્સ ઝડપી સ્વિચિંગને સક્ષમ કરે છે (5G/mmWave ઉપકરણો માટે ઉપયોગી).

લવચીક ડિઝાઇન:પાતળું SiC ટોચનું સ્તર ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ ડિવાઇસ સ્કેલિંગ (દા.ત., ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં અતિ-પાતળા ચેનલો) માટે પરવાનગી આપે છે.

SOI અને બલ્ક SiC સાથે સરખામણી

મિલકત	સિકોઆઈ	SOI (Si/SiO₂/Si)	બલ્ક SiC
બેન્ડગેપ	૩.૨ ઇવી (એસઆઈસી)	૧.૧ ઇવી (એસઆઈ)	૩.૨ ઇવી (એસઆઈસી)
થર્મલ વાહકતા	ઉચ્ચ (SiC + ડાયમંડ)	નીચું (SiO₂ ગરમીના પ્રવાહને મર્યાદિત કરે છે)	ઉચ્ચ (માત્ર SiC)
બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ	ખૂબ જ ઊંચી	મધ્યમ	ખૂબ જ ઊંચી
કિંમત	ઉચ્ચ	નીચું	સૌથી વધુ (શુદ્ધ SiC)

SiCOI વેફરના ઉપયોગો

પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ
SiCOI વેફર્સનો ઉપયોગ MOSFETs, Schottky ડાયોડ્સ અને પાવર સ્વીચો જેવા ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને ઉચ્ચ-પાવર સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોમાં વ્યાપકપણે થાય છે. SiC નો વિશાળ બેન્ડગેપ અને ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ઓછા નુકસાન અને ઉન્નત થર્મલ કામગીરી સાથે કાર્યક્ષમ પાવર રૂપાંતરણને સક્ષમ કરે છે.

રેડિયો ફ્રીક્વન્સી (RF) ઉપકરણો
SiCOI વેફર્સમાં ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તર પરોપજીવી કેપેસીટન્સ ઘટાડે છે, જે તેમને ટેલિકોમ્યુનિકેશન, રડાર અને 5G ટેકનોલોજીમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ઉચ્ચ-આવર્તન ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને એમ્પ્લીફાયર માટે યોગ્ય બનાવે છે.

માઇક્રોઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ (MEMS)
SiCOI વેફર્સ MEMS સેન્સર અને એક્ટ્યુએટર્સ બનાવવા માટે એક મજબૂત પ્લેટફોર્મ પૂરું પાડે છે જે SiC ની રાસાયણિક જડતા અને યાંત્રિક શક્તિને કારણે કઠોર વાતાવરણમાં વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરે છે.

ઉચ્ચ-તાપમાન ઇલેક્ટ્રોનિક્સ
SiCOI એવા ઇલેક્ટ્રોનિક્સને સક્ષમ બનાવે છે જે ઊંચા તાપમાને કામગીરી અને વિશ્વસનીયતા જાળવી રાખે છે, જેનાથી ઓટોમોટિવ, એરોસ્પેસ અને ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોને ફાયદો થાય છે જ્યાં પરંપરાગત સિલિકોન ઉપકરણો નિષ્ફળ જાય છે.

ફોટોનિક અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો
SiC ના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો અને ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તરનું સંયોજન ઉન્નત થર્મલ મેનેજમેન્ટ સાથે ફોટોનિક સર્કિટના એકીકરણને સરળ બનાવે છે.

રેડિયેશન-કઠણ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ
SiC ની સહજ કિરણોત્સર્ગ સહિષ્ણુતાને કારણે, SiCOI વેફર્સ અવકાશ અને પરમાણુ એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ છે જેમાં ઉચ્ચ-કિરણોત્સર્ગ વાતાવરણનો સામનો કરતા ઉપકરણોની જરૂર પડે છે.

SiCOI વેફરના પ્રશ્નોત્તરી

પ્રશ્ન ૧: SiCOI વેફર શું છે?

A: SiCOI એટલે સિલિકોન કાર્બાઇડ-ઓન-ઇન્સ્યુલેટર. તે એક સેમિકન્ડક્ટર વેફર સ્ટ્રક્ચર છે જ્યાં સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) નું પાતળું પડ ઇન્સ્યુલેટીંગ લેયર (સામાન્ય રીતે સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ, SiO₂) પર બંધાયેલું હોય છે, જે સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ દ્વારા સપોર્ટેડ હોય છે. આ સ્ટ્રક્ચર SiC ના ઉત્તમ ગુણધર્મોને ઇન્સ્યુલેટરમાંથી વિદ્યુત અલગતા સાથે જોડે છે.

Q2: SiCOI વેફરના મુખ્ય ફાયદા શું છે?

A: મુખ્ય ફાયદાઓમાં ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ, પહોળો બેન્ડગેપ, ઉત્તમ થર્મલ વાહકતા, શ્રેષ્ઠ યાંત્રિક કઠિનતા અને ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તરને કારણે ઘટેલી પરોપજીવી ક્ષમતાનો સમાવેશ થાય છે. આનાથી ઉપકરણની કામગીરી, કાર્યક્ષમતા અને વિશ્વસનીયતામાં સુધારો થાય છે.

Q3: SiCOI વેફરના લાક્ષણિક ઉપયોગો શું છે?

A: તેનો ઉપયોગ પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ઉચ્ચ-આવર્તન RF ઉપકરણો, MEMS સેન્સર્સ, ઉચ્ચ-તાપમાન ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ફોટોનિક ઉપકરણો અને રેડિયેશન-કઠણ ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં થાય છે.