Apa pertumbuhan epitaxial sing dikontrol langkah?

Minangka salah sawijining teknologi inti kanggo nyiapake piranti daya SiC, kualitas epitaksi sing ditanam dening teknologi pertumbuhan epitaxial SiC bakal langsung mengaruhi kinerja piranti SiC. Saiki, teknologi pertumbuhan epitaxial SiC sing paling umum yaiku deposisi uap kimia (CVD).

Ana akeh polytypes kristal stabil saka SiC. Mulane, kanggo ngaktifake lapisan wutah epitaxial dijupuk kanggo oleh warisan polytype kristal tartamtu sakaSubstrat SiC, perlu kanggo nransfer informasi susunan atom telung dimensi saka substrat menyang lapisan wutah epitaxial, lan iki mbutuhake sawetara cara khusus. Hiroyuki Matsunami, profesor emeritus Universitas Kyoto, lan liya-liyane ngusulake teknologi pertumbuhan epitaxial SiC, sing nindakake deposisi uap kimia (CVD) ing bidang kristal indeks rendah substrat SiC ing arah sudut cilik ing kahanan pertumbuhan sing cocog. Cara teknis iki uga disebut metode pertumbuhan epitaxial sing dikontrol langkah.

Figure 1 nuduhake carane nindakake wutah epitaxial SiC dening langkah-kontrol cara wutah epitaxial. Lumahing substrat SiC sing resik lan ora amba dibentuk dadi lapisan langkah-langkah, lan tingkat molekul lan struktur tabel dipikolehi. Nalika gas bahan mentah dienal, bahan mentah diwenehake menyang permukaan substrat SiC, lan bahan mentah sing obah ing meja dijupuk kanthi langkah-langkah kanthi urutan. Nalika bahan mentahan dijupuk mbentuk noto konsisten karo polytype kristal sakaSubstrat SiCing posisi sing cocog, lapisan epitaxial kasil marisi polytype kristal tartamtu saka substrat SiC.

Gambar 1: Pertumbuhan epitaxial substrat SiC kanthi sudut mati (0001)

Mesthi, ana masalah karo teknologi wutah epitaxial langkah-kontrol. Nalika kahanan wutah ora ketemu kahanan cocok, bahan mentahan bakal nucleate lan generate kristal ing meja tinimbang ing langkah-langkah, kang bakal mimpin kanggo wutah saka polytypes kristal beda, nyebabake lapisan epitaxial becik kanggo gagal kanggo tuwuh. Yen polytype heterogen katon ing lapisan epitaxial, piranti semikonduktor bisa ditinggalake kanthi cacat fatal. Mulane, ing teknologi wutah epitaxial langkah-kontrol, jurusan deflection kudu dirancang kanggo nggawe jembaré langkah tekan ukuran cukup. Ing wektu sing padha, konsentrasi bahan mentahan Si lan bahan mentahan C ing gas bahan mentahan, suhu wutah lan kahanan liyane uga kudu ketemu kondisi kanggo tatanan prioritas saka kristal ing langkah-langkah. Ing saiki, lumahing utamaSubstrat SiC tipe 4Hing pasar presents 4 ° amba deflection (0001) lumahing, kang bisa ketemu loro syarat teknologi wutah epitaxial langkah-kontrol lan nambah nomer wafer dijupuk saka boule.

Hidrogen kemurnian dhuwur digunakake minangka pembawa ing metode deposisi uap kimia kanggo pertumbuhan epitaxial SiC, lan bahan mentah Si kayata bahan mentah SiH4 lan C kayata C3H8 minangka input menyang permukaan substrat SiC sing suhu substrate tansah dijaga ing 1500-1600 ℃. Ing suhu 1500-1600 ° C, yen suhu tembok njero peralatan ora cukup dhuwur, efisiensi pasokan bahan mentah ora bakal nambah, mula kudu nggunakake reaktor tembok panas. Ana akeh jinis peralatan pertumbuhan epitaxial SiC, kalebu vertikal, horisontal, multi-wafer lan siji-waferjinis. Tokoh 2, 3 lan 4 nuduhake aliran gas lan konfigurasi substrat bagean reaktor saka telung jinis peralatan wutah epitaxial SiC.

Figure 2 Multi-chip rotasi lan revolusi

Gambar 3 Revolusi multi-chip

Gambar 4 Single chip

Ana sawetara poin penting sing kudu dipikirake kanggo entuk produksi massa substrat epitaxial SiC: keseragaman ketebalan lapisan epitaxial, keseragaman konsentrasi doping, bledug, ngasilaken, frekuensi panggantos komponen, lan kepenak perawatan. Antarane wong-wong mau, keseragaman konsentrasi doping bakal langsung mengaruhi distribusi resistance voltase piranti, saéngga keseragaman permukaan wafer, batch lan batch dhuwur banget. Kajaba iku, produk reaksi sing dipasang ing komponen ing reaktor lan sistem exhaust sajrone proses pertumbuhan bakal dadi sumber bledug, lan cara mbusak bledug kasebut kanthi gampang uga minangka arah riset sing penting.

Sawise wutah epitaxial SiC, lapisan kristal tunggal SiC kemurnian dhuwur sing bisa digunakake kanggo ngasilake piranti listrik. Kajaba iku, liwat wutah epitaxial, dislokasi bidang basal (BPD) sing ana ing substrat uga bisa diowahi dadi dislokasi pinggiran threading (TED) ing antarmuka lapisan substrat / drift (pirsani Gambar 5). Nalika arus bipolar mili liwat, BPD bakal ngalami expansion fault tumpukan, asil ing degradasi karakteristik piranti kayata tambah ing-resistance. Nanging, sawise BPD diowahi dadi TED, karakteristik listrik piranti kasebut ora bakal kena pengaruh. Wutah epitaxial bisa nyuda degradasi piranti sing disebabake dening arus bipolar.

Gambar 5: BPD substrat SiC sadurunge lan sawise wutah epitaxial lan bagean silang TED sawise konversi

Ing wutah epitaxial SiC, lapisan buffer asring dilebokake ing antarane lapisan drift lan substrate. Lapisan buffer kanthi konsentrasi doping tipe-n sing dhuwur bisa ningkatake rekombinasi operator minoritas. Kajaba iku, lapisan buffer uga nduweni fungsi konversi basal plane dislocation (BPD), sing nduwe pengaruh gedhe marang biaya lan minangka teknologi manufaktur piranti sing penting banget.