Plaquette SiCOI 4 pouces 6 pouces HPSI SiC SiO2 Structure de substrat Si

Brève description :

Cet article présente un aperçu détaillé des plaquettes de carbure de silicium sur isolant (SiCOI), en se concentrant plus particulièrement sur les substrats de 4 et 6 pouces comportant des couches de carbure de silicium (SiC) semi-isolant de haute pureté (HPSI) collées sur des couches isolantes de dioxyde de silicium (SiO₂) sur des substrats de silicium (Si). La structure SiCOI allie les propriétés électriques, thermiques et mécaniques exceptionnelles du SiC aux avantages d'isolation électrique de la couche d'oxyde et au support mécanique du substrat de silicium. L'utilisation de SiC HPSI améliore les performances des dispositifs en minimisant la conduction du substrat et en réduisant les pertes parasites, ce qui rend ces plaquettes idéales pour les applications semi-conductrices haute puissance, haute fréquence et haute température. Le procédé de fabrication, les caractéristiques des matériaux et les avantages structurels de cette configuration multicouche sont présentés, soulignant son intérêt pour l'électronique de puissance et les systèmes microélectromécaniques (MEMS) de nouvelle génération. L’étude compare également les propriétés et les applications potentielles des plaquettes SiCOI de 4 et 6 pouces, soulignant les perspectives d’évolutivité et d’intégration des dispositifs semi-conducteurs avancés.

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Caractéristiques

Structure de la plaquette SiCOI

HPB (High-Performance Bonding), BIC (Bonded Integrated Circuit) et SOD (technologie de type silicium sur diamant ou silicium sur isolant). Elle comprend :

Indicateurs de performance :

Répertorie des paramètres tels que la précision, les types d'erreur (par exemple, « Aucune erreur », « Distance de valeur ») et les mesures d'épaisseur (par exemple, « Épaisseur de couche directe/kg »).

Un tableau avec des valeurs numériques (éventuellement des paramètres expérimentaux ou de processus) sous des titres tels que « ADDR/SYGBDT », « 10/0 », etc.

Données d'épaisseur de couche :

Entrées répétitives étendues étiquetées « Épaisseur L1 (A) » à « Épaisseur L270 (A) » (probablement en Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

Suggère une structure multicouche avec un contrôle précis de l'épaisseur pour chaque couche, typique des plaquettes semi-conductrices avancées.

Structure de la plaquette SiCOI

Le SiCOI (Carbure de Silicium sur Isolant) est une structure de plaquette spécialisée associant du carbure de silicium (SiC) à une couche isolante, similaire au SOI (Silicium sur Isolant), mais optimisée pour les applications haute puissance et haute température. Caractéristiques principales :

Composition des couches :

Couche supérieure : carbure de silicium monocristallin (SiC) pour une mobilité électronique élevée et une stabilité thermique.

Isolant enterré : généralement SiO₂ (oxyde) ou diamant (dans SOD) pour réduire la capacité parasite et améliorer l'isolation.

Substrat de base : Silicium ou SiC polycristallin pour le support mécanique

Propriétés des plaquettes SiCOI

Propriétés électriques Large bande interdite (3,2 eV pour 4H-SiC) : permet une tension de claquage élevée (> 10 fois supérieure à celle du silicium). Réduit les courants de fuite, améliorant ainsi l'efficacité des dispositifs d'alimentation.

Mobilité électronique élevée :~900 cm²/V·s (4H-SiC) contre ~1 400 cm²/V·s (Si), mais de meilleures performances à champ élevé.

Faible résistance à l'état passant :Les transistors à base de SiCOI (par exemple, les MOSFET) présentent des pertes de conduction plus faibles.

Excellente isolation :La couche d'oxyde enterrée (SiO₂) ou de diamant minimise la capacité parasite et la diaphonie.

Propriétés thermiquesConductivité thermique élevée : SiC (~490 W/m·K pour 4H-SiC) contre Si (~150 W/m·K). Le diamant (s'il est utilisé comme isolant) peut dépasser 2 000 W/m·K, améliorant ainsi la dissipation thermique.

Stabilité thermique :Fonctionne de manière fiable à > 300 °C (contre ~ 150 °C pour le silicium). Réduit les besoins de refroidissement dans l'électronique de puissance.

3. Propriétés mécaniques et chimiquesDureté extrême (~ 9,5 Mohs) : résiste à l'usure, ce qui rend le SiCOI durable pour les environnements difficiles.

Inertie chimique :Résiste à l’oxydation et à la corrosion, même dans des conditions acides/alcalines.

Faible dilatation thermique :S'accorde bien avec d'autres matériaux à haute température (par exemple, GaN).

4. Avantages structurels (par rapport au SiC massif ou au SOI)

Pertes de substrat réduites :La couche isolante empêche les fuites de courant dans le substrat.

Performances RF améliorées :Une capacité parasite plus faible permet une commutation plus rapide (utile pour les appareils 5G/mmWave).

Conception flexible :La couche supérieure fine en SiC permet une mise à l'échelle optimisée du dispositif (par exemple, des canaux ultra-minces dans les transistors).

Comparaison avec SOI et Bulk SiC

Propriété	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	SiC en vrac
bande interdite	3,2 eV (SiC)	1,1 eV (Si)	3,2 eV (SiC)
Conductivité thermique	Élevé (SiC + diamant)	Faible (SiO₂ limite le flux de chaleur)	Élevé (SiC uniquement)
Tension de claquage	Très élevé	Modéré	Très élevé
Coût	Plus haut	Inférieur	Le plus élevé (SiC pur)

Applications des plaquettes SiCOI

Électronique de puissance
Les plaquettes SiCOI sont largement utilisées dans les semi-conducteurs haute tension et haute puissance tels que les MOSFET, les diodes Schottky et les commutateurs de puissance. La large bande interdite et la tension de claquage élevée du SiC permettent une conversion de puissance efficace avec des pertes réduites et des performances thermiques améliorées.

Appareils à radiofréquence (RF)
La couche isolante des plaquettes SiCOI réduit la capacité parasite, ce qui les rend adaptées aux transistors et amplificateurs haute fréquence utilisés dans les technologies de télécommunications, de radar et de 5G.

Systèmes microélectromécaniques (MEMS)
Les plaquettes SiCOI fournissent une plate-forme robuste pour la fabrication de capteurs et d'actionneurs MEMS qui fonctionnent de manière fiable dans des environnements difficiles en raison de l'inertie chimique et de la résistance mécanique du SiC.

Électronique haute température
SiCOI permet de produire des appareils électroniques qui maintiennent leurs performances et leur fiabilité à des températures élevées, ce qui profite aux applications automobiles, aérospatiales et industrielles où les dispositifs en silicium conventionnels échouent.

Dispositifs photoniques et optoélectroniques
La combinaison des propriétés optiques du SiC et de la couche isolante facilite l'intégration de circuits photoniques avec une gestion thermique améliorée.

Électronique renforcée contre les radiations
En raison de la tolérance inhérente aux rayonnements du SiC, les plaquettes SiCOI sont idéales pour les applications spatiales et nucléaires nécessitant des dispositifs résistants aux environnements à fort rayonnement.

Questions et réponses sur les plaquettes SiCOI

Q1 : Qu'est-ce qu'une plaquette SiCOI ?

R : SiCOI signifie Carbure de Silicium sur Isolant. Il s'agit d'une structure de plaquette semi-conductrice dans laquelle une fine couche de carbure de silicium (SiC) est collée sur une couche isolante (généralement du dioxyde de silicium, SiO₂), elle-même supportée par un substrat de silicium. Cette structure allie les excellentes propriétés du SiC à une isolation électrique de l'isolant.

Q2 : Quels sont les principaux avantages des plaquettes SiCOI ?

R : Les principaux avantages sont une tension de claquage élevée, une large bande interdite, une excellente conductivité thermique, une dureté mécanique supérieure et une capacité parasite réduite grâce à la couche isolante. Cela améliore les performances, l'efficacité et la fiabilité du dispositif.

Q3 : Quelles sont les applications typiques des plaquettes SiCOI ?

R : Ils sont utilisés dans l’électronique de puissance, les dispositifs RF haute fréquence, les capteurs MEMS, l’électronique haute température, les dispositifs photoniques et l’électronique durcie aux radiations.