Par rapport au 4H-SiC, bien que la bande interdite du carbure de silicium 3C (3C SiC) soit inférieure, sa mobilité des porteurs, sa conductivité thermique et ses propriétés mécaniques sont meilleures que celles du 4H-SiC. De plus, la densité de défauts à l'interface entre la grille d'oxyde isolant et le 3C-SiC est plus faible, ce qui est plus propice à la fabrication de dispositifs haute tension, hautement fiables et à longue durée de vie. À l'heure actuelle, les dispositifs basés sur 3C-SiC sont principalement préparés sur des substrats en Si. L'importante disparité de réseau et la disparité de coefficient de dilatation thermique entre le Si et le SiC 3C entraînent une densité de défauts élevée, ce qui affecte les performances des dispositifs. De plus, les plaquettes 3C-SiC à faible coût auront un impact de substitution significatif sur le marché des dispositifs de puissance dans la plage de tension de 600 V à 1 200 V, accélérant ainsi les progrès de l'ensemble du secteur. Par conséquent, le développement de plaquettes 3C-SiC en vrac est inévitable.
PAM-XIAMENpeut produire des tranches de 3C-SiC en vrac de type N, avec une mobilité électronique plus élevée (3C SiC : 1 100 cm2/Contre; SiC 4H : 900 cm2/Contre). Étant donné que la largeur de bande interdite du 3C-SiC est plus petite, le dispositif peut avoir un courant tunnel FN et une fiabilité plus faibles dans la préparation de la couche d'oxyde, ce qui peut améliorer considérablement le rendement du dispositif. Informations complémentaires sur la plaquette 3C-SiC, veuillez vous référer aux fiches de paramètres ci-dessous :
1. Spécifications de la plaquette SiC 3C
Substrat 3C-SiC n° 1 de 50,8 mm
| Article | Substrat 3C-SiC de type N de 2 pouces | |||
| Grade | Qualité ultra-primaire | Niveau industriel | Note d'essai | |
| Diamètre | 50,8 ± 0,38 mm | |||
| Épaisseur | 350±25um | |||
| Conductivité | N | |||
| Orientation | sur axe :<0001>±0,5° | |||
| Orientation principale à plat | {1-10}±5,0° | |||
| Longueur plate principale | 15,9 ± 1,7 mm | |||
| Orientation plate secondaire | Si face vers le haut : 90° CW.à partir du premier plat ±5,0° | |||
| Longueur plate secondaire | 8,0 ± 1,7 mm | |||
| MPD* | ＜0,1 cm-2 | |||
| Résistivité* | ≤0,8Ω·cm | ≤1Ω·cm | ||
| LTV | ≤2,5 μm | |||
| TTV | ≤5μm | |||
| Arc | ≤15μm | |||
| Chaîne | ≤25μm | ≤30μm | ||
| Rugosité* | Polissage | Ra≤1nm | ||
| CMP | Ra≤0.2nm | Ra≤0,5nm | ||
| Fissures des bords causées par une lumière à haute intensité | Aucun | 1 autorisé, ≤1mm | ||
| Plaques hexagonales par lumière haute intensité* | Superficie cumulée≤0,05 % | Superficie cumulée≤3 % | ||
| Zones polytypiques par lumière haute intensité* | Aucun | Superficie cumulée≤5 % | ||
| Inclusions visuelles de carbone | Superficie cumulée≤0,05 % | Superficie cumulée≤3 % | ||
| Rayures sur le visage Si par une lumière à haute intensité | Aucun | 8 rayures sur 1x longueur cumulée du diamètre de la plaquette | ||
| Puces de bord par lumière haute intensité | Aucun autorisé≥0,2 mm de largeur et de profondeur | 5 autorisés, ≤1 mm chacun | ||
| Contamination du Si-Face par une lumière de haute intensité | Aucun | |||
| Exclusion de bord | 1mm | 5mm | ||
| Emballer | Boîte à gaufrettes simples ou boîte à gaufrettes multiples | |||
La valeur « * » est applicable à toute la surface de la tranche, à l'exception des zones d'exclusion des bords.
Substrat 3C-SiC n°2 de 100 mm
| Article | Substrat 3C-SiC de type N de 4 pouces | |||
| Grade | Qualité ultra-primaire | Niveau industriel | Note d'essai | |
| Diamètre | 99,5 ~ 100 mm | |||
| Épaisseur | 350±25um | |||
| Conductivité | N | |||
| Orientation | sur l'axe｛111｝±0,5° | |||
| Orientation principale à plat | {1-10}±5,0° | |||
| Longueur plate principale | 32,5 ± 2,0 mm | |||
| Orientation plate secondaire | Si face vers le haut : 90° CW.à partir du premier plat ±5,0° | |||
| Longueur plate secondaire | 18,0 ± 2,0 mm | |||
| MPD* | ＜0,1cm-2 | |||
| Résistivité* | ≤0,1Ω·cm | ≤0,3Ω·cm | ||
| LTV | ≤2,5 μm | ≤10μm | ||
| TTV | ≤5μm | ≤15μm | ||
| Arc | ≤15μm | ≤25μm | ||
| Chaîne | ≤30μm | ≤40μm | ||
| Rugosité* | Polissage | Ra≤1nm | ||
| CMP | Ra≤0.2nm | Ra≤0,5nm | ||
| Fissures des bords causées par une lumière à haute intensité | Aucun | Longueur cumulée ≤ 10 mm, longueur unique ≤ 2 mm | ||
| Plaques hexagonales par lumière haute intensité* | Superficie cumulée≤0,05 % | Superficie cumulée≤0,1 % | ||
| Zones polytypiques par lumière haute intensité* | Aucun | Superficie cumulée≤3 % | ||
| Inclusions visuelles de carbone | Superficie cumulée≤0,05 % | Superficie cumulée≤3 % | ||
| Rayures sur le visage Si par une lumière à haute intensité | Aucun | Cumulatif≤1 x diamètre de la plaquette | ||
| Puces de bord par lumière haute intensité | Aucun autorisé≥0,2 mm de largeur et de profondeur | 5 autorisés, ≤1 mm chacun | ||
| Contamination du Si-Face par une lumière de haute intensité | Aucun | |||
| Exclusion de bord | 3mm | 6mm | ||
| Emballer | Boîte à gaufrettes simples ou boîte à gaufrettes multiples | |||
La valeur « * » est applicable à toute la surface de la tranche, à l'exception des zones d'exclusion des bords.
2. Supériorité du 3C-SiC analysé sur la base du dispositif MOSFET
Premièrement, la mobilité électronique (voir tableau 1). Selon les rapports, la plage de mobilité à canal N des MOSFET 3C SiC à base de silicium est comprise entre 100 et 370 cm.2/Contre. Le MOSFET 4H-SiC latéral mesure généralement 20 à 40 cm2/V·s, et le dispositif à rainure mesure 6 à 90 cm2/Contre. Les MOSFET SiC ont été créés du côté A par passivation à l'azote, augmentant la mobilité du canal à 131 cm2/V·s, mais également inférieur aux dispositifs SiC 3C à base de silicium.
| Tableau 1 Propriétés du carbure de silicium cubique (3C-SiC) par rapport à d'autres matériaux semi-conducteurs (@300K) | ||||||||
| Matériel | Bande interdite (eV) | Conc. de transporteur intrinsèque. (cm-3) | Constante diélectrique | Mobilité électronique (cm2/Contre) | Champ électrique critique (MV/cm) | Vitesse de saturation (107cm/s) | Conductivité thermique (W/cmK) | Figure de mérite de Baliga |
| 3C-SiC | 2.36 | 1,5×10-1 | 9.7 | 800 | 1.4 | 2.5 | 3.2 | 86 |
| 4H-SiC | 3.26 | 8,26 × 10-9 | 10 | 720a
650c |
2.8 | 2.0 | 4.5 | 556 |
| Si | 1.12 | 1,5×1010 | 11.8 | 1350 | 0.2 | 1.0 | 1.5 | 1 |
| diamant | 5.45 | 1,6×10-27 | 5.5 | 3800 | 10 | 2.7 | 22 | 8,4 × 104 |
| 2H-GaN | 3.39 | 1,9 × 10-10 | 9.9 | 1000a
2000** |
3.75a
3.3* |
2.5 | 1.3 | 3175 |
| AsGa | 1.42 | 1,8×106 | 13.1 | 8500 | 0.4 | 1.2 | 0.55 | 29 |
Vient ensuite la fiabilité. Actuellement, le goulot d'étranglement technologique de base du MOSFET SiC se concentre dans la mauvaise qualité d'interface de la couche d'oxyde de grille, qui a non seulement une faible mobilité de canal, mais affecte également la stabilité de la tension de seuil. L'oxyde de grille présente également une faiblesse en matière de défaillance à des températures élevées. La concentration de pièges à l'interface entre le 3C-SiC et la grille d'oxyde isolant est beaucoup plus faible, ce qui contribue à fabriquer des dispositifs fiables et à longue durée de vie.
En outre, la hauteur de barrière du 3C-SiC est de 3,7 eV (voir Fig.1), ce qui est bien supérieur à celui du silicium et du 4H SiC. Par conséquent, lorsque le courant de fuite dans le circuit de commande de grille est le même, le champ électrique à l’intérieur du MOSFET 3C-SiC est deux à trois fois supérieur à celui du 4H-SiC. Par conséquent, les exigences de déclassement pour les MOSFET de puissance à tranchée 3C-SiC sont beaucoup moins strictes que celles pour les dispositifs 4H-SiC.
Fig.1 Structure de bande du semi-conducteur de puissance principal sur 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC et silicium (illustrant les décalages de bande avec SiO2)
Enfin et surtout, le 3C-SiC avec une faible largeur de bande interdite en énergie est plus proche du silicium, ce qui présente de nombreux avantages lorsqu'il est transformé en dispositifs.
3. Différences de4H-SiC,6H-SiC,3C-SiCdans Applications
Le 4H-SiC présente une mobilité électronique élevée, une faible résistance à la conduction et une densité de courant élevée, ce qui le rend adapté aux appareils électroniques de puissance.
Le 6H-SiC possède une structure stable et de bonnes performances de luminescence, ce qui le rend adapté aux dispositifs optoélectroniques.
Le 3C-SiC a une vitesse de dérive des électrons à saturation élevée et une conductivité thermique juste derrière les monocristaux de diamant, ce qui le rend adapté aux dispositifs haute fréquence et haute puissance.
Pour plus d'informations, veuillez nous contacter par email àvictorchan@powerwaywafer.cometpowerwaymaterial@gmail.com.