So với 4H-SiC, mặc dù dải cấm của cacbua silic 3C (3C SiC) thấp hơn nhưng độ linh động hạt tải điện, độ dẫn nhiệt và tính chất cơ học của nó tốt hơn so với 4H-SiC. Hơn nữa, mật độ khuyết tật tại giao diện giữa cổng oxit cách điện và 3C-SiC thấp hơn, điều này thuận lợi hơn cho việc sản xuất các thiết bị điện áp cao, độ tin cậy cao và tuổi thọ cao. Hiện nay, các thiết bị dựa trên 3C-SiC chủ yếu được chế tạo trên đế Si. Sự không khớp mạng lớn và hệ số giãn nở nhiệt không khớp giữa Si và 3C SiC dẫn đến mật độ khuyết tật cao, ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị. Hơn nữa, wafer 3C-SiC chi phí thấp sẽ có tác động thay thế đáng kể đến thị trường thiết bị điện trong dải điện áp 600V-1200V, thúc đẩy sự phát triển của toàn ngành. Vì vậy, việc phát triển wafer 3C-SiC số lượng lớn là điều tất yếu.
PAM-Hạ Môncó thể sản xuất tấm wafer 3C-SiC số lượng lớn ở loại N, có độ linh động điện tử cao hơn (3C SiC: 1100 cm2/V·s; 4H SiC:900 cm2/V·s). Do độ rộng vùng cấm 3C-SiC nhỏ hơn nên thiết bị có thể có dòng điện xuyên hầm FN nhỏ hơn và độ tin cậy trong quá trình chuẩn bị lớp oxit, điều này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của thiết bị. Thông tin bổ sung về wafer 3C-SiC, vui lòng tham khảo bảng thông số bên dưới:
1. Thông số kỹ thuật wafer 3C SiC
Chất nền 3C-SiC số 1 50,8mm
| Mục | Chất nền 3C-SiC loại N 2 inch | |||
| Cấp | Lớp siêu cao cấp | Cấp công nghiệp | Lớp kiểm tra | |
| Đường kính | 50,8 ± 0,38mm | |||
| Độ dày | 350 ± 25um | |||
| Độ dẫn nhiệt | N | |||
| Định hướng | trên trục:<0001>±0,5° | |||
| Định hướng phẳng sơ cấp | {1-10}±5,0° | |||
| Chiều dài phẳng chính | 15,9 ± 1,7mm | |||
| Định hướng phẳng thứ cấp | Si ngửa lên: 90° CW.từ mặt phẳng nguyên tố ±5.0° | |||
| Chiều dài phẳng thứ cấp | 8,0 ± 1,7mm | |||
| MPD* | ＜0,1 cm-2 | |||
| Điện trở suất* | .80,8Ω·cm | 1Ω·cm | ||
| LTV | 2,5μm | |||
| TTV | 5μm | |||
| Cây cung | ≤15μm | |||
| Làm cong | 25μm | ≤30μm | ||
| Độ nhám* | đánh bóng | Ra 1nm | ||
| CMP | Ra≤0,2nm | Ra 0,5nm | ||
| Vết nứt cạnh bởi ánh sáng cường độ cao | Không ai | 1 cho phép, 1mm | ||
| Tấm lục giác bằng ánh sáng cường độ cao* | Diện tích tích lũy<0,05% | Diện tích tích lũy<3% | ||
| Vùng đa dạng bằng ánh sáng cường độ cao* | Không ai | Diện tích tích lũy<5% | ||
| Bao gồm carbon trực quan | Diện tích tích lũy<0,05% | Diện tích tích lũy<3% | ||
| Vết xước trên mặt Si do ánh sáng cường độ cao | Không ai | 8 vết xước đến 1x chiều dài tích lũy đường kính wafer | ||
| Chip cạnh bằng ánh sáng cường độ cao | Không được phép có chiều rộng và chiều sâu ≥0,2mm | Cho phép 5, mỗi cái 1mm | ||
| Ô nhiễm mặt Si bởi ánh sáng cường độ cao | Không ai | |||
| Loại trừ cạnh | 1mm | 5mm | ||
| gói | Hộp wafer đơn hoặc hộp nhiều wafer | |||
Giá trị “*” được áp dụng cho toàn bộ bề mặt wafer ngoại trừ các khu vực loại trừ cạnh
Số 2 Chất nền 3C-SiC 100mm
| Mục | Chất nền 3C-SiC loại N 4 inch | |||
| Cấp | Lớp siêu cao cấp | Cấp công nghiệp | Lớp kiểm tra | |
| Đường kính | 99,5 ~ 100mm | |||
| Độ dày | 350 ± 25um | |||
| Độ dẫn nhiệt | N | |||
| Định hướng | trên trục｛111｝±0.5° | |||
| Định hướng phẳng sơ cấp | {1-10}±5,0° | |||
| Chiều dài phẳng chính | 32,5 ± 2,0mm | |||
| Định hướng phẳng thứ cấp | Si ngửa lên: 90° CW.từ mặt phẳng nguyên tố ±5.0° | |||
| Chiều dài phẳng thứ cấp | 18,0±2,0mm | |||
| MPD* | ＜0,1 cm-2 | |||
| Điện trở suất* | .10,1Ω·cm | .30,3Ω·cm | ||
| LTV | 2,5μm | ≤10μm | ||
| TTV | 5μm | ≤15μm | ||
| Cây cung | ≤15μm | 25μm | ||
| Làm cong | ≤30μm | 40μm | ||
| Độ nhám* | đánh bóng | Ra 1nm | ||
| CMP | Ra≤0,2nm | Ra 0,5nm | ||
| Vết nứt cạnh bởi ánh sáng cường độ cao | Không ai | Chiều dài tích lũy<10mm, chiều dài đơn<2mm | ||
| Tấm lục giác bằng ánh sáng cường độ cao* | Diện tích tích lũy<0,05% | Diện tích tích lũy<0,1% | ||
| Vùng đa dạng bằng ánh sáng cường độ cao* | Không ai | Diện tích tích lũy<3% | ||
| Bao gồm carbon trực quan | Diện tích tích lũy<0,05% | Diện tích tích lũy<3% | ||
| Vết xước trên mặt Si do ánh sáng cường độ cao | Không ai | Tích lũy 1 x đường kính wafer | ||
| Chip cạnh bằng ánh sáng cường độ cao | Không được phép có chiều rộng và chiều sâu ≥0,2mm | Cho phép 5, mỗi cái 1mm | ||
| Ô nhiễm mặt Si bởi ánh sáng cường độ cao | Không ai | |||
| Loại trừ cạnh | 3mm | 6mm | ||
| gói | Hộp wafer đơn hoặc hộp nhiều wafer | |||
Giá trị “*” được áp dụng cho toàn bộ bề mặt wafer ngoại trừ các khu vực loại trừ cạnh
2. Tính ưu việt của 3C-SiC được phân tích dựa trên thiết bị MOSFET
Thứ nhất, độ linh động của điện tử (xem bảng 1). Theo báo cáo, phạm vi di động kênh n của MOSFET SiC 3C dựa trên silicon là 100-370 cm2/V·s. MOSFET 4H-SiC bên thường là 20-40 cm2/V·s, và thiết bị tạo rãnh là 6-90 cm2/V·s. Các MOSFET SiC đã được tạo ra ở phía A thông qua quá trình thụ động nitơ, tăng độ linh động của kênh lên 131 cm2/V·s, nhưng cũng thấp hơn các thiết bị SiC 3C dựa trên silicon.
| Bảng 1 Tính chất của cacbua silic khối (3C-SiC) so với các vật liệu bán dẫn khác (@300K) | ||||||||
| Chất liệu | Khoảng cách (eV) | Conc Carrier nội tại. (cm-3) | Hằng số điện môi | Độ linh động của điện tử (cm2/Vs) | Điện trường tới hạn (MV/cm) | Vận tốc bão hòa (107cm/s) | Độ dẫn nhiệt (W/cmK) | Nhân vật công đức 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 |
| Kim cương | 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 |
| GaAs | 1.42 | 1,8×106 | 13.1 | 8500 | 0.4 | 1.2 | 0.55 | 29 |
Tiếp theo là độ tin cậy. Hiện tại, nút thắt công nghệ cốt lõi của SiC MOSFET tập trung ở chất lượng giao diện kém của lớp oxit cổng, không chỉ có độ linh động kênh thấp mà còn ảnh hưởng đến sự ổn định của điện áp ngưỡng. Ôxít cổng cũng có điểm yếu là bị hỏng ở nhiệt độ cao. Nồng độ bẫy giao diện giữa 3C-SiC và cổng oxit cách điện thấp hơn nhiều, giúp chế tạo các thiết bị đáng tin cậy và có tuổi thọ cao.
Ngoài ra, chiều cao rào cản của 3C-SiC là 3,7 eV (xem hình 1), cao hơn nhiều so với silicon và 4H SiC. Do đó, khi dòng điện rò trong mạch điều khiển cổng bằng nhau, điện trường bên trong MOSFET 3C-SiC cao gấp hai đến ba lần so với 4H-SiC. Do đó, yêu cầu giảm công suất đối với MOSFET công suất rãnh 3C-SiC ít nghiêm ngặt hơn nhiều so với yêu cầu dành cho thiết bị 4H-SiC.
Hình 1 Cấu trúc dải tần của Chất bán dẫn nguồn chính trên 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC và Silicon (minh họa độ lệch dải với SiO2)
Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, 3C-SiC có độ rộng vùng cấm năng lượng thấp gần giống với silicon hơn, mang lại nhiều lợi ích khi được xử lý thành thiết bị.
3. Sự khác biệt của4H-SiC,6H-SiC,3C-SiCtrong Ứng dụng
4H-SiC có độ linh động điện tử cao, điện trở dẫn thấp và mật độ dòng điện cao nên phù hợp với các thiết bị điện tử công suất.
6H-SiC có cấu trúc ổn định và hiệu suất phát quang tốt nên phù hợp với các thiết bị quang điện tử.
3C-SiC có tốc độ trôi electron bão hòa cao và độ dẫn nhiệt chỉ đứng sau các tinh thể đơn kim cương, khiến nó phù hợp với các thiết bị công suất cao và tần số cao.
Để biết thêm thông tin, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi email tạivictorchan@powerwaywafer.com và powerwaymaterial@gmail.com.