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Plaquette épitaxiale SiC pour dispositifs de puissance – 4H-SiC, type N, faible densité de défauts

Plaquette épitaxiale SiC pour dispositifs de puissance – 4H-SiC, type N, faible densité de défauts (Image en vedette)
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Brève description :

La plaquette épitaxiale de SiC est au cœur des semi-conducteurs hautes performances modernes, notamment ceux conçus pour des opérations à haute puissance, haute fréquence et haute température. Abréviation de « plaquette épitaxiale en carbure de silicium », une plaquette épitaxiale de SiC est constituée d'une fine couche épitaxiale de SiC de haute qualité, déposée sur un substrat SiC massif. L'utilisation de la technologie des plaquettes épitaxiales de SiC se développe rapidement dans les véhicules électriques, les réseaux intelligents, les systèmes d'énergie renouvelable et l'aérospatiale, grâce à ses propriétés physiques et électroniques supérieures à celles des plaquettes de silicium classiques.


Caractéristiques

Diagramme détaillé

Plaquette épitaxiale SiC-4
Plaquette épitaxiale SiC-6 - 副本

Introduction

La plaquette épitaxiale de SiC est au cœur des semi-conducteurs hautes performances modernes, notamment ceux conçus pour des opérations à haute puissance, haute fréquence et haute température. Abréviation de « plaquette épitaxiale en carbure de silicium », une plaquette épitaxiale de SiC est constituée d'une fine couche épitaxiale de SiC de haute qualité, déposée sur un substrat SiC massif. L'utilisation de la technologie des plaquettes épitaxiales de SiC se développe rapidement dans les véhicules électriques, les réseaux intelligents, les systèmes d'énergie renouvelable et l'aérospatiale, grâce à ses propriétés physiques et électroniques supérieures à celles des plaquettes de silicium classiques.

Principes de fabrication des plaquettes épitaxiales de SiC

La création d'une plaquette épitaxiale de SiC nécessite un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) hautement contrôlé. La couche épitaxiale est généralement déposée sur un substrat de SiC monocristallin à l'aide de gaz tels que le silane (SiH₄), le propane (C₃H₈) et l'hydrogène (H₂) à des températures supérieures à 1 500 °C. Cette croissance épitaxiale à haute température garantit un excellent alignement cristallin et un minimum de défauts entre la couche épitaxiale et le substrat.

Le processus comprend plusieurs étapes clés :

  1. Préparation du substrat:La plaquette de base en SiC est nettoyée et polie jusqu'à obtenir une douceur atomique.

  2. Croissance des maladies cardiovasculaires:Dans un réacteur de haute pureté, les gaz réagissent pour déposer une couche de SiC monocristallin sur le substrat.

  3. Contrôle du dopage:Un dopage de type N ou de type P est introduit lors de l'épitaxie pour obtenir les propriétés électriques souhaitées.

  4. Inspection et métrologie:La microscopie optique, l'AFM et la diffraction des rayons X sont utilisées pour vérifier l'épaisseur de la couche, la concentration de dopage et la densité des défauts.

Chaque plaquette épitaxiale de SiC est soigneusement contrôlée afin de maintenir des tolérances strictes en matière d'uniformité d'épaisseur, de planéité de surface et de résistivité. La capacité à ajuster précisément ces paramètres est essentielle pour les MOSFET haute tension, les diodes Schottky et autres composants de puissance.

Spécification

Paramètre Spécification
Catégories Science des matériaux, substrats monocristallins
Polytype 4H
Dopage Type N
Diamètre 101 mm
Tolérance de diamètre ± 5%
Épaisseur 0,35 mm
Tolérance d'épaisseur ± 5%
Longueur plate principale 22 mm (± 10%)
TTV (variation d'épaisseur totale) ≤10 µm
Chaîne ≤ 25 µm
FWHM ≤ 30 secondes d'arc
Finition de surface Rq ≤ 0,35 nm

Applications des plaquettes épitaxiales de SiC

Les produits à base de plaquettes épitaxiales SiC sont indispensables dans de nombreux secteurs :

  • Véhicules électriques (VE):Les dispositifs à base de plaquettes épitaxiales SiC augmentent l'efficacité du groupe motopropulseur et réduisent le poids.

  • Énergie renouvelable:Utilisé dans les onduleurs pour les systèmes d'énergie solaire et éolienne.

  • Alimentations industrielles:Permet une commutation haute fréquence et haute température avec des pertes plus faibles.

  • Aérospatiale et défense:Idéal pour les environnements difficiles nécessitant des semi-conducteurs robustes.

  • Stations de base 5G:Les composants de plaquettes épitaxiales SiC prennent en charge des densités de puissance plus élevées pour les applications RF.

La plaquette épitaxiale SiC permet des conceptions compactes, une commutation plus rapide et une efficacité de conversion énergétique supérieure par rapport aux plaquettes de silicium.

Avantages de la plaquette épitaxiale SiC

La technologie des plaquettes épitaxiales SiC offre des avantages significatifs :

  1. Tension de claquage élevée:Résiste à des tensions jusqu'à 10 fois supérieures à celles des plaquettes de silicium.

  2. Conductivité thermique:La plaquette épitaxiale SiC dissipe la chaleur plus rapidement, permettant aux appareils de fonctionner plus froids et de manière plus fiable.

  3. Vitesses de commutation élevées:Des pertes de commutation plus faibles permettent une efficacité et une miniaturisation supérieures.

  4. Large bande interdite:Assure la stabilité à des tensions et des températures plus élevées.

  5. Robustesse des matériaux:Le SiC est chimiquement inerte et mécaniquement résistant, idéal pour les applications exigeantes.

Ces avantages font de la plaquette épitaxiale SiC le matériau de choix pour la prochaine génération de semi-conducteurs.

FAQ : Plaquette épitaxiale SiC

Q1 : Quelle est la différence entre une plaquette de SiC et une plaquette épitaxiale de SiC ?
Une plaquette de SiC fait référence au substrat en vrac, tandis qu'une plaquette épitaxiale de SiC comprend une couche dopée spécialement développée utilisée dans la fabrication du dispositif.

Q2 : Quelles épaisseurs sont disponibles pour les couches de plaquettes épitaxiales SiC ?
Les couches épitaxiales varient généralement de quelques micromètres à plus de 100 µm, selon les exigences de l'application.

Q3 : La plaquette épitaxiale SiC est-elle adaptée aux environnements à haute température ?
Oui, la plaquette épitaxiale SiC peut fonctionner dans des conditions supérieures à 600 °C, surpassant considérablement le silicium.

Q4 : Pourquoi la densité des défauts est-elle importante dans les plaquettes épitaxiales SiC ?
Une densité de défauts plus faible améliore les performances et le rendement de l'appareil, en particulier pour les applications haute tension.

Q5 : Les plaquettes épitaxiales SiC de type N et de type P sont-elles toutes deux disponibles ?
Oui, les deux types sont produits à l’aide d’un contrôle précis du gaz dopant pendant le processus épitaxial.

Q6 : Quelles sont les tailles de plaquettes standard pour les plaquettes épitaxiales SiC ?
Les diamètres standard incluent 2 pouces, 4 pouces, 6 pouces et de plus en plus 8 pouces pour la fabrication à haut volume.

Q7 : Quel est l'impact de la plaquette épitaxiale SiC sur le coût et l'efficacité ?
Bien qu'initialement plus chère que le silicium, la plaquette épitaxiale SiC réduit la taille du système et la perte de puissance, améliorant ainsi l'efficacité des coûts totaux à long terme.

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