تنقسم مجالات تطبيق رقاقة SiC بشكل أساسي إلى مجال الطاقة الإلكترونية ، ومجال تردد الراديو ، والمجال الكهروضوئي ، ومجالات أخرى. من بينها ، يعد مجال الطاقة الإلكترونية ومجال التردد اللاسلكي من أهم التطبيقات ، كما أن مزايا استخدام رقاقة كربيد السيليكون واضحة. يقدم المقال أساسًا سبب تطبيق رقاقة SiC في أجهزة التردد اللاسلكي.

1. GaN HEMT Devices on the SiC Wafer Application in the 5G Base Station

حاليًا ، يستخدم مضخم الطاقة (PA اختصارًا) المستخدم في المحطات القاعدية بشكل أساسي تقنية أشباه الموصلات ذات أكسيد الفلز المنتشر أفقيًا القائمة على السيليكون (LDMOS). تعتمد محطة 5G الأساسية AAU تقنية MIMO الضخمة (متعددة المدخلات والمخرجات) ، مما يؤدي إلى زيادة طاقة المعدات.

تقنية LDMOS لها قيود في التطبيقات عالية التردد: سيتم تقليل عرض النطاق الترددي لمضخمات طاقة LDMOS بشكل كبير مع زيادة التردد ، و LDMOS فعال فقط في نطاق التردد 3.5 جيجا هرتز. لذلك ، بدأ أداء LDMOS في النطاق 3.5 جيجا هرتز في الانخفاض بشكل كبير.

بالإضافة إلى ذلك ، تمت زيادة طاقة AAU لمحطات 5G الأساسية بشكل كبير ، وزادت طاقة القطاع الفردي من حوالي 50 واط في فترة 4G إلى حوالي 200 واط في فترة 5G. عملية LDMOS التقليدية صعبة لتلبية متطلبات الأداء. سوق PA الحالي ، بما في ذلك تلك المستخدمة في المحطات الأساسية والهواتف المحمولة ، تشمل عملية التصنيع بشكل أساسي LDMOS و GaAs و GaN.

مع تطور تكنولوجيا مواد أشباه الموصلات ، أصبح نيتريد الغاليوم (GaN) هو المسار التقني الرئيسي لـ PA في نطاقات التردد المتوسطة والعالية. تشمل مزايا تقنية GaN تحسين كفاءة الطاقة ، وعرض النطاق الترددي الأوسع ، وزيادة كثافة الطاقة ، والحجم الأصغر ، مما يجعلها بديلاً ناجحًا لـ LDMOS.

يحتوي GaAs على تردد ميكروويف وجهد تشغيل من 5V إلى 7V ، وقد استخدم على نطاق واسع في PA لسنوات عديدة. تتمتع تقنية LDMOS القائمة على السيليكون بجهد تشغيل يبلغ 28 فولت وقد تم استخدامها في مجال الاتصالات لسنوات عديدة ، وتلعب بشكل أساسي دورًا في الترددات التي تقل عن 4 جيجاهرتز. لكنها لا تستخدم على نطاق واسع في تطبيقات النطاق العريض. على النقيض من ذلك ، يحتوي GaN على جهد تشغيل من 28 فولت إلى 50 فولت ، مع كثافة طاقة أعلى وتردد قطع ، ويمكنه تحقيق حل متكامل للغاية في تطبيقات MIMO.

تتطلب هوائيات Massive-MIMO أن تكون الأجهزة مصغرة. حجم الأجهزة المصنوعة من GaN هو 1/6 إلى 1/4 من حجم LDMOS. بالمقارنة مع LDMOS ، يمكن لـ GaN زيادة الطاقة بمقدار 4 إلى 6 مرات لكل وحدة مساحة.

يعد تطبيق الأجزاء عالية التردد وعالية الطاقة المجال المهيمن للجيل الثالث من أشباه الموصلات GaN. يمكن استخدام أجهزة GaN HMET على ركيزة SiC.

2. لماذا تختار الركيزة كربيد السيليكون؟

كل مؤشر لمواد الركيزة ، مثل خشونة السطح ، ومعامل التمدد الحراري ، ومعامل التوصيل الحراري ، ودرجة توافق الشبكة مع المادة فوق المحور ، لها تأثير عميق على إنتاج الأجهزة. يوضح الشكل التالي متطلبات الأداء والتوضيحات التي سيتم التحقيق فيها لمواد الركيزة المؤهلة:

3. Comparison for Sapphire, Silicon and Silicon Carbide

عدم تطابق. بالنسبة لمعدل عدم تطابق شبكة GaN ، يبلغ الياقوت 13.9٪ ، والسيليكون 16.9٪ ، وكربيد السيليكون 3.4٪ فقط. معدل عدم التطابق الحراري للياقوت هو 30.3٪ ، ومعدل Si هو 53.5٪ ، و 15.9٪ فقط لبلورة SiC أحادية. لذلك ، من حيث خصائص البنية البلورية ، فإن التركيب البلوري لـ 4H-SiC و 6 H-SiC و GaN كلاهما عبارة عن هياكل wurtzite ، مع أدنى معدل عدم تطابق للشبكة ومعدل عدم التطابق الحراري. وبالتالي ، فإن تطبيق رقاقة SiC هو لتنمية طبقات فوقية GaN عالية الجودة.

التوصيل. الياقوت عازل ، ولا يمكنه صنع أجهزة عمودية.

توصيل حراري. الموصلية الحرارية لليقوت هي 0.3 واط · سم -1 · ك -1 ، والتوصيل الحراري للسيليكون 1.48 واط · سم -1 · ك -1 ، وهو أقل بكثير من كربيد السيليكون 3.4 واط · سم- 1 · K-1.

الأداء البصري. لا يمتص كل من الياقوت وكربيد السيليكون الضوء المرئي ، وركيزة Si تمتص الضوء بجدية ، وكفاءة خرج ضوء LED منخفضة.

باختصار ، هناك العديد من المزايا لزراعة نيتريد الغاليوم على ركائز كربيد السيليكون. نظرًا لتميز خصائص كربيد السيليكون ، فإن تطبيق رقاقة SiC واسع الانتشار.

لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني على victorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.