رقاقة SiCOI مقاس 4 بوصات و6 بوصات HPSI SiC SiO2 هيكل شبه طرطري Si

وصف مختصر:

تقدم هذه الورقة نظرة عامة مفصلة على رقائق كربيد السيليكون على العازل (SiCOI)، مع التركيز بشكل خاص على ركائز بقياس 4 و6 بوصات، تتميز بطبقات كربيد السيليكون شبه العازل عالي النقاء (HPSI) الملتصقة بطبقات عازلة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) فوق ركائز السيليكون (Si). يجمع هيكل SiCOI بين الخصائص الكهربائية والحرارية والميكانيكية الاستثنائية لكربيد السيليكون، ومزايا العزل الكهربائي لطبقة الأكسيد، والدعم الميكانيكي لركيزة السيليكون. يُحسّن استخدام كربيد السيليكون شبه العازل عالي النقاء (HPSI) أداء الأجهزة من خلال تقليل توصيل الركيزة وتقليل الخسائر الطفيلية، مما يجعل هذه الرقائق مثالية لتطبيقات أشباه الموصلات عالية الطاقة، وعالية التردد، وعالية الحرارة. تُناقش عملية التصنيع، وخصائص المواد، والمزايا الهيكلية لهذا التكوين متعدد الطبقات، مع التركيز على أهميته في إلكترونيات الطاقة والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) من الجيل التالي. وتقوم الدراسة أيضًا بمقارنة خصائص وتطبيقات محتملة لرقائق SiCOI مقاس 4 بوصات و6 بوصات، مع تسليط الضوء على آفاق قابلية التوسع والتكامل لأجهزة أشباه الموصلات المتقدمة.

أرسل لنا بريدًا إلكترونيًا

سمات

بنية رقاقة SiCOI

تقنية HPB (الترابط عالي الأداء)، وBIC (الدائرة المتكاملة المربوطة)، وSOD (تقنية السيليكون على الماس أو ما يشبه السيليكون على العازل). وتشمل:

مقاييس الأداء:

تسرد المعلمات مثل الدقة وأنواع الأخطاء (على سبيل المثال، "لا يوجد خطأ"، "مسافة القيمة") وقياسات السُمك (على سبيل المثال، "سُمك الطبقة المباشرة/كجم").

جدول يحتوي على قيم عددية (ربما معلمات تجريبية أو عملية) تحت عناوين مثل "ADDR/SYGBDT"، "10/0"، وما إلى ذلك.

بيانات سمك الطبقة:

إدخالات متكررة موسعة تحمل علامات "سمك L1 (A)" إلى "سمك L270 (A)" (من المحتمل أن تكون بوحدة Ångströms، 1 Å = 0.1 نانومتر).

يقترح بنية متعددة الطبقات مع التحكم الدقيق في سمك كل طبقة، وهو أمر نموذجي في رقائق أشباه الموصلات المتقدمة.

بنية رقاقة SiCOI

SiCOI (كربيد السيليكون على عازل) هو بنية رقاقة متخصصة تجمع بين كربيد السيليكون (SiC) وطبقة عازلة، تشبه SOI (السيليكون على عازل)، ولكنها مُحسّنة للتطبيقات عالية الطاقة ودرجات الحرارة العالية. الميزات الرئيسية:

تكوين الطبقة:

الطبقة العليا: كربيد السيليكون أحادي البلورة (SiC) لتحقيق قدرة عالية على الحركة الإلكترونية والاستقرار الحراري.

العازل المدفون: عادة ما يكون SiO₂ (أكسيد) أو الماس (في SOD) لتقليل السعة الطفيلية وتحسين العزل.

الركيزة الأساسية: السيليكون أو SiC متعدد البلورات للدعم الميكانيكي

خصائص رقاقة SiCOI

الخصائص الكهربائية فجوة النطاق العريض (3.2 فولت لـ 4H-SiC): تمكن من توفير جهد انهيار عالي (>10 مرات أعلى من السيليكون). يقلل من تيارات التسرب، مما يحسن الكفاءة في أجهزة الطاقة.

حركة الإلكترونات العالية:~900 سم²/فولت·ثانية (4H-SiC) مقابل ~1,400 سم²/فولت·ثانية (Si)، ولكن أداء أفضل في المجال العالي.

مقاومة منخفضة:تظهر الترانزستورات القائمة على SiCOI (على سبيل المثال، MOSFETs) خسائر توصيل أقل.

عزل ممتاز:تعمل طبقة أكسيد السيليكون المدفونة (SiO₂) أو طبقة الماس على تقليل السعة الطفيلية والتداخل.

الخصائص الحراريةالموصلية الحرارية العالية: SiC (~490 واط/م·ك لـ 4H-SiC) مقابل Si (~150 واط/م·ك). الماس (إذا تم استخدامه كعازل) يمكن أن يتجاوز 2000 واط/م·ك، مما يعزز تبديد الحرارة.

الاستقرار الحراري:يعمل بشكل موثوق عند درجة حرارة >300 درجة مئوية (مقارنة بـ ~150 درجة مئوية للسيليكون). يقلل من متطلبات التبريد في الإلكترونيات القوية.

3. الخصائص الميكانيكية والكيميائيةصلابة شديدة (~9.5 موس): تقاوم التآكل، مما يجعل SiCOI متينًا للبيئات القاسية.

الخمول الكيميائي:يقاوم الأكسدة والتآكل، حتى في الظروف الحمضية/القلوية.

التمدد الحراري المنخفض:يتوافق بشكل جيد مع المواد الأخرى ذات درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال، GaN).

4. المزايا الهيكلية (مقارنةً بـ SiC أو SOI السائب)

تقليل خسائر الركيزة:تمنع الطبقة العازلة تسرب التيار إلى الركيزة.

تحسين أداء التردد اللاسلكي:تتيح السعة الطفيلية المنخفضة التبديل بشكل أسرع (مفيد لأجهزة 5G/mmWave).

تصميم مرن:تسمح الطبقة العلوية الرقيقة من SiC بتوسيع نطاق الجهاز بشكل مثالي (على سبيل المثال، القنوات فائقة الرقة في الترانزستورات).

مقارنة مع SOI و SiC السائب

ملكية	سيكويا	SOI (Si/SiO₂/Si)	كربيد السيليكون بالجملة
فجوة النطاق	3.2 إلكترون فولت (كربيد السيليكون)	1.1 إلكترون فولت (سيليكون)	3.2 إلكترون فولت (كربيد السيليكون)
الموصلية الحرارية	عالية (SiC + الماس)	منخفض (يحد SiO₂ من تدفق الحرارة)	عالية (SiC فقط)
جهد الانهيار	عالية جدًا	معتدل	عالية جدًا
يكلف	أعلى	أدنى	أعلى (SiC نقي)

تطبيقات رقاقة SiCOI

إلكترونيات الطاقة
تُستخدم رقائق SiCOI على نطاق واسع في أجهزة أشباه الموصلات عالية الجهد والطاقة، مثل ترانزستورات MOSFET، وثنائيات شوتكي، ومفاتيح الطاقة. تُمكّن فجوة النطاق الواسعة وجهد الانهيار العالي لكربيد السيليكون (SiC) من تحويل الطاقة بكفاءة مع تقليل الخسائر وتحسين الأداء الحراري.

أجهزة التردد اللاسلكي (RF)
تعمل الطبقة العازلة في رقائق SiCOI على تقليل السعة الطفيلية، مما يجعلها مناسبة للترانزستورات والمضخمات عالية التردد المستخدمة في الاتصالات السلكية واللاسلكية والرادار وتقنيات الجيل الخامس.

الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)
توفر رقائق SiCOI منصة قوية لتصنيع أجهزة استشعار ومشغلات MEMS التي تعمل بشكل موثوق في البيئات القاسية بسبب خمول SiC الكيميائي وقوته الميكانيكية.

إلكترونيات عالية الحرارة
تمكن SiCOI الإلكترونيات من الحفاظ على الأداء والموثوقية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يفيد تطبيقات السيارات والطيران والصناعة حيث تفشل أجهزة السيليكون التقليدية.

الأجهزة الفوتونية والبصرية الإلكترونية
يساهم الجمع بين الخصائص البصرية لـ SiC والطبقة العازلة في تسهيل دمج الدوائر الفوتونية مع الإدارة الحرارية المحسنة.

الإلكترونيات المقاومة للإشعاع
بفضل قدرة SiC على تحمل الإشعاع، تعد رقائق SiCOI مثالية للتطبيقات الفضائية والنووية التي تتطلب أجهزة تتحمل البيئات ذات الإشعاع العالي.

الأسئلة والأجوبة حول رقاقة SiCOI

س1: ما هي رقاقة SiCOI؟

ج: SiCOI هو اختصار لعبارة "كربيد السيليكون على عازل". وهو عبارة عن بنية رقاقة شبه موصلة، حيث تلتصق طبقة رقيقة من كربيد السيليكون (SiC) بطبقة عازلة (عادةً ما تكون ثاني أكسيد السيليكون، SiO₂)، مدعومة بركيزة من السيليكون. يجمع هذا الهيكل بين خصائص كربيد السيليكون الممتازة والعزل الكهربائي عن العازل.

س2: ما هي المزايا الرئيسية لرقائق SiCOI؟

ج: تشمل المزايا الرئيسية جهد انهيار عالٍ، وفجوة نطاق واسعة، وموصلية حرارية ممتازة، وصلابة ميكانيكية فائقة، وسعة طفيلية منخفضة بفضل الطبقة العازلة. وهذا يؤدي إلى تحسين أداء الجهاز وكفاءته وموثوقيته.

س3: ما هي التطبيقات النموذجية لرقائق SiCOI؟

أ: يتم استخدامها في إلكترونيات الطاقة، وأجهزة التردد اللاسلكي عالية التردد، وأجهزة استشعار MEMS، والإلكترونيات ذات درجات الحرارة العالية، والأجهزة الفوتونية، والإلكترونيات المقاومة للإشعاع.