Plaquette SiCOI 4 pouces 6 pouces HPSI SiC SiO2 Structure de sous-couche Si

Description courte :

Cet article présente une vue d'ensemble détaillée des plaquettes de silicium sur isolant (SiCOI), en particulier des substrats de 4 et 6 pouces constitués de couches de carbure de silicium (SiC) semi-isolant de haute pureté (HPSI) déposées sur des couches isolantes de dioxyde de silicium (SiO₂) elles-mêmes déposées sur des substrats de silicium (Si). La structure SiCOI combine les propriétés électriques, thermiques et mécaniques exceptionnelles du SiC avec les avantages de l'isolation électrique apportée par la couche d'oxyde et le support mécanique du substrat de silicium. L'utilisation du 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 analysés, en soulignant son importance 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, en soulignant les perspectives d'évolutivité et d'intégration pour les 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). Cela inclut :

Indicateurs de performance :

Liste des paramètres tels que la précision, les types d'erreurs (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 en-têtes comme « ADDR/SYGBDT », « 10/0 », etc.

Données sur l'épaisseur des couches :

De nombreuses entrées répétitives étiquetées « L1 Thickness (A) » à « L270 Thickness (A) » (probablement en Ångströms, 1 Å = 0,1 nm).

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

Structure de plaquette SiCOI

SiCOI (carbure de silicium sur isolant) est une structure de plaquette spécialisée combinant du carbure de silicium (SiC) avec une couche isolante, similaire à SOI (silicium sur isolant) mais optimisée pour les applications haute puissance/haute température. Caractéristiques principales :

Composition des couches :

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

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

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

propriétés des plaquettes de SiCOI

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

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 le 4H-SiC) contre Si (~150 W/m·K). Le diamant (utilisé comme isolant) peut dépasser 2 000 W/m·K, améliorant ainsi la dissipation de chaleur.

Stabilité thermique :Fonctionne de manière fiable à plus de 300 °C (contre environ 150 °C pour le silicium). Réduit les besoins en 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 en milieu acide/alcalin.

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

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

Réduction des pertes de substrat :La couche isolante empêche les fuites de courant vers le substrat.

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

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

Comparaison avec SOI et SiC massif

Propriété	SiCOI	SOI (Si/SiO₂/Si)	SiC massif
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 de SiCOI sont largement utilisées dans les dispositifs 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.

Dispositifs 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 offrent une plateforme robuste pour la fabrication de capteurs et d'actionneurs MEMS fonctionnant de manière fiable dans des environnements difficiles grâce à l'inertie chimique et à la résistance mécanique du SiC.

Électronique haute température
La technologie SiCOI permet de fabriquer des composants électroniques qui conservent leurs performances et leur fiabilité à des températures élevées, ce qui est bénéfique pour les applications automobiles, aérospatiales et industrielles où les dispositifs en silicium conventionnels sont défaillants.

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 durcie aux radiations
Grâce à la tolérance intrinsèque aux radiations du SiC, les plaquettes de SiCOI sont idéales pour les applications spatiales et nucléaires nécessitant des dispositifs capables de résister à des environnements à forte radiation.

Questions et réponses sur les plaquettes SiCOI

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

A : SiCOI signifie « carbure de silicium sur isolant ». Il s'agit d'une structure de plaquette semi-conductrice où 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 combine les excellentes propriétés du SiC avec l'isolation électrique assurée par l'isolant.

Q2 : Quels sont les principaux avantages des plaquettes SiCOI ?

A : Les principaux avantages comprennent 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. Il en résulte des performances, une efficacité et une fiabilité accrues du dispositif.

Q3 : Quelles sont les applications typiques des plaquettes SiCOI ?

A: 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.