Couche conductrice monocristalline de SiC de 6 pouces sur substrat composite de SiC polycristallin. Diamètre 150 mm, type P, type N.

Transistor SiC monocristallin conducteur de 6 pouces sur substrat composite SiC polycristallin. Diamètre 150 mm. Type P. Type N. Image mise en avant.

Description courte :

Le substrat composite conducteur de 6 pouces en SiC monocristallin sur SiC polycristallin représente une solution innovante en carbure de silicium (SiC) conçue pour les dispositifs électroniques haute puissance, haute température et haute fréquence. Ce substrat est constitué d'une couche active en SiC monocristallin liée à une base en SiC polycristallin par des procédés spécifiques, combinant ainsi les propriétés électriques supérieures du SiC monocristallin et les avantages économiques du SiC polycristallin.
Comparé aux substrats SiC monocristallins classiques, le substrat composite SiC monocristallin conducteur de 150 mm (6 pouces) sur SiC polycristallin offre une mobilité électronique et une résistance à haute tension élevées, tout en réduisant considérablement les coûts de fabrication. Sa taille de 150 mm garantit la compatibilité avec les lignes de production de semi-conducteurs existantes, permettant une fabrication à grande échelle. De plus, sa conception conductrice permet une utilisation directe dans la fabrication de dispositifs de puissance (MOSFET, diodes, etc.), éliminant ainsi le besoin de dopage supplémentaire et simplifiant les processus de production.

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Caractéristiques

Paramètres techniques

Taille:	6 pouce
Diamètre:	150 mm
Épaisseur:	400-500 μm
Paramètres des films de SiC monocristallins
Polytype :	4H-SiC ou 6H-SiC
Concentration de dopage :	1×10¹⁴ - 1×10¹⁸ cm⁻³
Épaisseur:	5-20 μm
Résistance de surface :	10-1000 Ω/sq
Mobilité des électrons :	800-1200 cm²/Vs
Mobilité des trous :	100-300 cm²/Vs
Paramètres de la couche tampon en SiC polycristallin
Épaisseur:	50-300 μm
Conductivité thermique :	150-300 W/m·K
Paramètres du substrat monocristallin en SiC
Polytype :	4H-SiC ou 6H-SiC
Concentration de dopage :	1×10¹⁴ - 1×10¹⁸ cm⁻³
Épaisseur:	300-500 μm
Granulométrie :	> 1 mm
Rugosité de surface :	< 0,3 mm RMS
Propriétés mécaniques et électriques
Dureté:	9-10 Mohs
Résistance à la compression :	3-4 GPa
Résistance à la traction:	0,3-0,5 GPa
Force du champ de décomposition :	> 2 MV/cm
Tolérance à la dose totale :	> 10 Mrad
Résistance à l'effet d'un événement unique :	> 100 MeV·cm²/mg
Conductivité thermique :	150-380 W/m·K
Plage de températures de fonctionnement :	-55 à 600 °C

Caractéristiques clés

Le substrat composite de 6 pouces en SiC monocristallin conducteur sur SiC polycristallin offre un équilibre unique entre structure et performance, ce qui le rend adapté aux environnements industriels exigeants :

1. Rentabilité : La base en SiC polycristallin réduit considérablement les coûts par rapport au SiC entièrement monocristallin, tandis que la couche active en SiC monocristallin garantit des performances de qualité pour les dispositifs, idéales pour les applications sensibles aux coûts.

2. Propriétés électriques exceptionnelles : La couche de SiC monocristalline présente une mobilité des porteurs élevée (>500 cm²/V·s) et une faible densité de défauts, permettant un fonctionnement des dispositifs à haute fréquence et à haute puissance.

3. Stabilité à haute température : La résistance intrinsèque du SiC aux hautes températures (>600 °C) garantit que le substrat composite reste stable dans des conditions extrêmes, ce qui le rend adapté aux véhicules électriques et aux applications de moteurs industriels.

Format de plaquette standardisé de 4,6 pouces : comparé aux substrats SiC traditionnels de 4 pouces, le format de 6 pouces augmente le rendement des puces de plus de 30 %, réduisant ainsi les coûts unitaires des dispositifs.

5. Conception conductrice : les couches pré-dopées de type N ou P minimisent les étapes d'implantation ionique dans la fabrication du dispositif, améliorant ainsi l'efficacité et le rendement de la production.

6. Gestion thermique supérieure : La conductivité thermique de la base en SiC polycristallin (~120 W/m·K) se rapproche de celle du SiC monocristallin, répondant efficacement aux défis de dissipation de chaleur dans les dispositifs à haute puissance.

Ces caractéristiques positionnent le SiC monocristallin conducteur de 6 pouces sur un substrat composite de SiC polycristallin comme une solution compétitive pour des industries telles que les énergies renouvelables, le transport ferroviaire et l'aérospatiale.

Applications principales

Le substrat composite de SiC monocristallin conducteur de 6 pouces sur SiC polycristallin a été déployé avec succès dans plusieurs domaines à forte demande :
1. Groupes motopropulseurs pour véhicules électriques : Utilisés dans les MOSFET et diodes SiC haute tension pour améliorer l'efficacité de l'onduleur et étendre l'autonomie de la batterie (par exemple, modèles Tesla, BYD).

2. Entraînements de moteurs industriels : Permettent des modules de puissance à haute température et à haute fréquence de commutation, réduisant la consommation d'énergie dans les machines lourdes et les éoliennes.

3. Onduleurs photovoltaïques : les dispositifs SiC améliorent l'efficacité de conversion solaire (>99 %), tandis que le substrat composite réduit encore les coûts du système.

4. Transport ferroviaire : Utilisé dans les convertisseurs de traction pour les systèmes ferroviaires à grande vitesse et les métros, offrant une résistance à haute tension (>1700V) et des facteurs de forme compacts.

5. Aérospatiale : Idéal pour les systèmes d'alimentation des satellites et les circuits de commande des moteurs d'avions, capable de résister à des températures et à des radiations extrêmes.

En pratique, le substrat composite de SiC monocristallin conducteur de 6 pouces sur SiC polycristallin est entièrement compatible avec les procédés de fabrication de dispositifs SiC standard (par exemple, lithographie, gravure), ne nécessitant aucun investissement supplémentaire.

Services XKH

XKH fournit un support complet pour le SiC monocristallin conducteur de 6 pouces sur substrat composite SiC polycristallin, couvrant la R&D jusqu'à la production en série :

1.Personnalisation : Épaisseur de couche monocristalline ajustable (5–100 μm), concentration de dopage (1e15–1e19 cm⁻³) et orientation cristalline (4H/6H-SiC) pour répondre aux diverses exigences des dispositifs.

2. Traitement des plaquettes : Fourniture en vrac de substrats de 6 pouces avec services d'amincissement et de métallisation de la face arrière pour une intégration plug-and-play.

3. Validation technique : Comprend l'analyse de cristallinité XRD, les tests d'effet Hall et la mesure de la résistance thermique pour accélérer la qualification des matériaux.

4. Prototypage rapide : échantillons de 2 à 4 pouces (même processus) pour les institutions de recherche afin d'accélérer les cycles de développement.

5. Analyse et optimisation des défaillances : Solutions au niveau des matériaux pour les défis de traitement (par exemple, les défauts de la couche épitaxiale).

Notre mission est d'établir le substrat composite monocristallin conducteur en SiC de 6 pouces sur SiC polycristallin comme la solution de choix en termes de rapport coût-performance pour l'électronique de puissance SiC, en offrant un soutien complet, du prototypage à la production en série.

Conclusion

Le substrat composite de 6 pouces en SiC monocristallin conducteur sur SiC polycristallin offre un compromis révolutionnaire entre performance et coût grâce à sa structure hybride mono/polycristalline innovante. Face à la multiplication des véhicules électriques et à l'essor de l'Industrie 4.0, ce substrat constitue une base matérielle fiable pour l'électronique de puissance de nouvelle génération. XKH est ouvert aux collaborations visant à explorer davantage le potentiel de la technologie SiC.