الركيزة SiC والتكاثر المتجانس SiCمن PAM-XIAMEN لتصنيع أجهزة MOSFET. يتم تصنيع هيكل MOSFET من كربيد السيليكون (SiC) بشكل أساسي عن طريق محاكاة عملية هيكل Si MOSFET. من حيث التكوين ، تنقسم هياكل MOSFET عمومًا إلى نوعين: بوابة الطائرة وبوابة الأخدود. يوجد أدناه هيكل epi النموذجي لوحدات الترانزستورات الفلورية SiC MOSFET. مزيد من التفاصيل حول هيكل MOSFET SiC فوق المحور على ركيزة SiC ، يرجى الرجوع إلينا. أو يمكنك أن ترسل لنا تصميم رقاقة SiC epi الخاص بك لتنمو.
1. هيكل نموذجي SiC Epi لـ MOSFET
| طبقة Epi | مادة | سماكة | الناقل تركيز |
| 1 | SiC N–طبقة الانجراف | 10 أم | 6 × 1015سم-3 |
| 0 | 4H-SiC N+المادة المتفاعلة | – | – |
ملاحظة:
يمكن استخدام رقاقة SiC epitaxy لتصنيع الخندق العمودي SiC MOSFET وأجهزة SiC MOSFET المستوية.
2. مبدأ العمل SiC MOSFET
SiC-MOSFET هو جهاز حظي باهتمام كبير في مجال البحث عن الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بطاقة كربيد السيليكون. منطقة مصدر SiC MOSFET N + وتنشيط البئر P كلاهما مزروع ومصلب ومفعل عند درجة حرارة 1700 درجة مئوية.
مبدأ العمل لهيكل MOSFET بطاقة SiC هو:
إيقاف التشغيل: يتم تطبيق مصدر طاقة موجب بين المصرف والمصدر ، والجهد بين البوابة والمصدر هو صفر. يكون تقاطع PN J1 المتكون بين منطقة القاعدة P ومنطقة الانجراف N منحازًا عكسيًا ، ولا يتدفق التيار بين أقطاب التصريف والمصدر.
التوصيل: يتم تطبيق جهد موجب UGS بين البوابة والمصدر ، والبوابة معزولة ، لذلك لا يتدفق تيار البوابة. ومع ذلك ، فإن الجهد الموجب للبوابة سيدفع الثقوب الموجودة في المنطقة P أسفلها بعيدًا ، ويجذب إلكترونات الأقلية في المنطقة P إلى سطح المنطقة P أسفل البوابة.
عندما يكون UGS أكبر من UT (جهد التشغيل أو جهد العتبة) ، فإن تركيز الإلكترون على سطح المنطقة P أسفل البوابة سوف يتجاوز تركيز الفتحة ، بحيث ينقلب أشباه الموصلات من النوع P إلى نوع N ويصبح طبقة انعكاس ، والتي تشكل قناة N ، وتجعل القناة تقاطع PN J1 تختفي ، ويقوم المصرف والمصدر بتوصيل الكهرباء.
3. تطبيقات SiC MOSFET
وحدات MOSFET المصنعة على SiC homoepitaxy هي الأكثر استخدامًا في تطبيقات الطاقة عالية التردد والمتوسطة والصغيرة (الجهد أقل من 600 فولت) ، خاصة في الإلكترونيات الاستهلاكية.
بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع MOSFETs القائمة على SiC بمزايا كبيرة في تطبيقات الأنظمة الكهربائية ذات الطاقة المتوسطة والعالية ، مثل الخلايا الكهروضوئية وطاقة الرياح والمركبات الكهربائية والنقل بالسكك الحديدية. يمكن لمزايا الجهد العالي والتردد العالي والكفاءة العالية لأجهزة كربيد السيليكون أن تخترق قيود تصميم محرك السيارة الكهربائية الحالي بسبب أداء الجهاز ، وهو محور البحث والتطوير في مجال محركات السيارات الكهربائية في المنزل و خارج البلاد. على سبيل المثال ، بدأت وحدة التحكم في الطاقة (PCU) في السيارة الكهربائية الهجينة (HEV) والمركبة الكهربائية النقية (EV) معًا باستخدام الوحدات المصنعة على هيكل SiC MOSFET ، وتم تقليل نسبة الحجم إلى 1/5.
4. مزايا الأجهزة على أساس التركيب الفوقي SiC MOSFET
بالمقارنة مع مادة Si المستخدمة على نطاق واسع ، تحدد الموصلية الحرارية العالية لمادة SiC كثافة التيار العالية ، ويحدد عرض النطاق الأعلى المحظور قوة مجال الانهيار العالية ودرجة حرارة التشغيل العالية لأجهزة SiC. يمكن تلخيص مزايا SIC MOSFETs على النحو التالي:
1) عمل درجة حرارة عالية: مادة SiC لها هيكل بلوري مستقر للغاية في الخصائص الفيزيائية ، ويمكن أن يصل عرض نطاق الطاقة الخاص بها إلى 2.2eV إلى 3.3eV ، وهو ما يقرب من ضعف مادة Si. لذلك ، فإن درجة الحرارة التي يمكن أن تتحملها SiC أعلى. بشكل عام ، يمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى التي يمكن أن تصل إليها أجهزة SiC إلى 600 درجة مئوية.
2) جهد الحجب العالي: إن شدة مجال الانهيار لـ SiC هي أكثر من عشرة أضعاف قوة Si ، لذا فإن جهد الحجب لـ MOSFET على أساس رقاقة SiC epi أعلى بكثير من Si.
3) خسارة منخفضة: عند مستوى طاقة مماثل ، تكون خسارة التوصيل في SiC MOSFET أصغر بكثير من تلك التي تعتمد على Si. علاوة على ذلك ، فإن فقدان التوصيل للأجهزة القائمة على SiC لا يعتمد كثيرًا على درجة الحرارة ، ولن يتغير كثيرًا مع درجة الحرارة.
4) سرعة التبديل السريع: SiC MOSFET vs Si MOSFET ، في تطوير وتطبيق SiC MOSFETs ، مقارنةً بـ Si epitaxial MOSFETs من نفس مستوى الطاقة ، يتم تقليل فقدان المقاومة والتبديل لهيكل SiC MOSFET الفوقي إلى حد كبير ، وهو مناسب لترددات التشغيل العالية. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لخصائص التشغيل ذات درجة الحرارة العالية ، فقد تم تحسين استقرار درجة الحرارة العالية بشكل كبير.
5. FAQ of SiC MOSFET Epitaxy
Q: What dopant level could be offered for the SiC substrate? We would like to get a highly doped N++ substrate if possible (<0.005Ohm-cm). Would this be possible for 1200V power MOSFET application?
A: 1) At present, the resistivity of commercial SiC substrate is 0.015 ~ 0.028 ohm, and the resistivity of epitaxial layer is higher than that of substrate, so it is impossible to achieve the requirement of epitaxial layer resistivity < 0.005 (unit Ohm).
2) For 1200V devices, the recommended parameters are XXum thickness and XX concentration (about 1 ohm resistivity for epitaxial layer). Please contact victorchan@powerwaywafer.com for the specific values.
لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني على victorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.