Due to the high growth pressure and relatively low temperature, Al is not easily evaporated and lost in the liquid-phase method. Adding Al to the flux used in the liquid-phase method can easily obtain P-type silicon carbide (SiC) crystals with high carrier concentration, solving the problem of missing P-type silicon carbide substrate in the SiC industry. PAM-XIAMEN is able to supply liquid-phase grown p-type silicon carbide substrates, with properties such as low resistance, high doping concentration, and high quality. The p-type substrates can meet the preparation requirements of bipolar devices such as n-channel IGBT and GTO. Please refer to the following tables for specific specifications:
1. P-Type Silicon Carbide Substrate Specifications
1.1 50.8mm P-Type 4H/6H SiC Wafer
| Item | 2 inch P-Type SiC Substrate | |||
| Cấp | Ultra Prime Grade | Industrial Grade | Test Grade | |
| Đường kính | 50.8±0.38mm | |||
| Độ dày | 350±25um | |||
| Polytype | 4H or 6H | |||
| Định hướng | off axis 2~4° toward [11-20]±0.5° | |||
| Primary Flat Orientation | {10–10}±5.0° | |||
| Primary Flat Length | 15.9±1.7mm | |||
| Secondary Flat Orientation | Si face up: 90° CW.from prime flat ±5.0° | |||
| Secondary Flat Length | 8.0±1.7mm | |||
| MPD* | <0.1cm-2 | |||
| Resistivity * | ≤0.1Ω·cm | ≤0.3Ω·cm | ||
| LTV | ≤2.5μm | |||
| TTV | ≤5μm | |||
| Cây cung | ≤15μm | |||
| Warp | ≤25μm | ≤30μm | ||
| Roughness* | Polishing | Ra≤1nm | ||
| CMP | Ra≤0.2nm | Ra≤0.5nm | ||
| Edge Cracks by High Intensity Light | None | 1 allowed, ≤1mm | ||
| Hex Plates by High Intensity Light* | Cumulative area≤0.05% | Cumulative area≤3% | ||
| Polytype Areas by High Intensity Light* | None | Cumulative area≤5% | ||
| Visual Carbon Inclusions | Cumulative area≤0.05% | Cumulative area≤3% | ||
| Scratches on Si Face by High Intensity Light | None | 8 scratches to 1×wafer diameter cumulative length | ||
| Edge Chips by High Intensity Light | None permitted≥0.2mm width and depth | 5 allowed, ≤1mm each | ||
| Si-Face Contamination by High Intensity Light | None | |||
| Edge Exclusion | 1mm | 5mm | ||
| Package | Single Wafer Box or Multi Wafer Box | |||
“*” value is applicable to the entire wafer surface except for edge exclusion areas
1.2 100mm P-Type 4H-SiC Wafer
| Item | 4 inch P-Type 4H-SiC Substrate | |||
| Cấp | Ultra Prime Grade | Industrial Grade | Test Grade | |
| Đường kính | 99.5~100mm | |||
| Độ dày | 350±25um | |||
| Polytype | 4H | |||
| Định hướng | off axis 2~4° toward [11–20]±0.5° | |||
| Primary Flat Orientation | {10–10}±5.0° | |||
| Primary Flat Length | 32.5±2.0mm | |||
| Secondary Flat Orientation | Si face up: 90° CW.from prime flat ±5.0° | |||
| Secondary Flat Length | 18.0±2.0mm | |||
| MPD* | <0.1cm-2 | |||
| Resistivity * | ≤0.1Ω·cm | ≤0.3Ω·cm | ||
| LTV | ≤2.5μm | ≤10μm | ||
| TTV | ≤5μm | ≤15μm | ||
| Cây cung | ≤15μm | ≤25μm | ||
| Warp | ≤30μm | ≤40μm | ||
| Roughness* | Polishing | Ra≤1nm | ||
| CMP | Ra≤0.2nm | Ra≤0.5nm | ||
| Edge Cracks by High Intensity Light | None | Cumulative length≤10mm，single length≤2mm | ||
| Hex Plates by High Intensity Light* | Cumulative area≤0.05% | Cumulative area≤0.1% | ||
| Polytype Areas by High Intensity Light* | None | Cumulative area≤3% | ||
| Visual Carbon Inclusions | Cumulative area≤0.05% | Cumulative area≤3% | ||
| Scratches on Si Face by High Intensity Light | None | Cumulative≤1×wafer diameter | ||
| Edge Chips by High Intensity Light | None permitted≥0.2mm width and depth | 5 allowed, ≤1mm each | ||
| Si-Face Contamination by High Intensity Light | None | |||
| Edge Exclusion | 3mm | 6mm | ||
| Package | Single Wafer Box or Multi Wafer Box | |||
“*” value is applicable to the entire wafer surface except for edge exclusion areas
We just simplified introduce P-type silicon carbide substrate applications in IGBT ( Insulate-Gate Bipolar Transistor).
2. IGBT on P-Type SiC Substrate
IGBT = MOSFET + BJT, nó là một công tắc không bật hoặc tắt. MOSFET = IGFET (Bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại, hoặc bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng cách điện). BJT (Bipolar Junction Transistor, bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực hay còn gọi là triode), lưỡng cực nghĩa là có cả điện tử và lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn truyền trong quá trình hoạt động. Nói chung, có một điểm nối PN tham gia dẫn truyền.
Một ví dụ đơn giản được đưa ra: nhìn vào phần trên, cổng + emitter + N hoàn toàn là một cấu trúc MOSFET thẳng đứng, nhưng một chất bán dẫn loại P được thêm vào ở phía dưới để tạo thành một BJT loại PNP.
Nguyên tắc cung cấp năng lượng được chia thành hai phần:
1）Voltage is applied to the gate, and the upper part is turned on, then the entire device is transformed into an NP structure from the top to the bottom.
2）Voltage is applied to the collector, so the lower half is turned on, and the PN junction is turned on normally.
Cuối cùng, dòng điện chạy từ bộ thu đến bộ phát. Do tồn tại tiếp giáp PN nên có các êlectron và lỗ trống dẫn điện.
Đưa ra một vài ví dụ.
Kết nối dây với cấu trúc trên, nó có thể được sử dụng như một ống đơn IGBT. Sự xuất hiện tương tự như MSOFET; sau khi tất cả, nó cũng được sử dụng như một công tắc.
Nếu một số IGBT được đặt cùng nhau hoặc đặt cùng với các thiết bị khác, chúng có thể được sử dụng làm mô-đun IGBT.
IGBT kết hợp các ưu điểm của BJT và MOSFET, chẳng hạn như công suất truyền động thấp và giảm điện áp bão hòa.
3. Development of SiC IGBT
Sự phát triển của IGBT silicon cacbua được trình bày dưới đây:
1996: IGBT cổng Rãnh 6H-SiC đầu tiên
1999: pIGBT 4H-SiC Trench đầu tiên
2005: nIGBT 4H-SiC Planar gate đầu tiên
2007: giới thiệu lớp lưu trữ tính phí cho khu vực JFET
2010: công nghệ độc lập được đề xuất
2012: mô-đun IGBT 12kV / 10A SiC đầu tiên
2015: * Mô-đun IGBT 15kV / 40A
* SST 7kV / 8kW đầu tiên
* Máy phát điện 32kV Marx đầu tiên
* 27kV SiC nIGBT
Về mặt cấu trúc, IGBT chủ yếu có ba hướng phát triển:
1) Cấu trúc dọc: vùng thu không trong suốt kiểu NPT, lớp đệm kiểu PT, vùng thu trong suốt kiểu NPT, kiểu cắt điện trường FS;
2) Cấu trúc cổng: cấu trúc cổng phẳng, cấu trúc rãnh-rãnh;
3) Chất nền: loại và công nghệ tăng trưởng biểu mô.
Để kế thừa cấu trúc của MOSFET với chất nền loại N, cần phải phát triển IGBT trên chất nền silic cacbua loại P. Chất nền cacbua silic loại P thường đề cập đến chất nền cacbua silic pha tạp Al. Al có hóa trị +3, thay thế một phần Si hóa trị +4 trong SiC, tạo thành Al và một lỗ trống hóa trị +1. Các lỗ là chất bán dẫn loại P. Ngoài Al, các nguyên tố hóa trị ba khác cũng sẽ được sử dụng làm chất pha tạp loại P, bao gồm B, Ga, In, v.v. Pha tạp silic cacbua với nitơ và phốt pho có thể tạo thành chất bán dẫn loại n, trong khi pha tạp với nhôm, bo, gali và beri sẽ tạo thành chất bán dẫn loại p. Cacbua silic pha tạp nhôm là chất bán dẫn loại II, nhưng cacbua silic pha tạp chất bo là chất bán dẫn loại I. Các dạng dị liên kết như sau: Dị liên kết loại I: một dải cấm nhỏ được bao bọc trong một dải cấm lớn; Loại Ⅰ'heterojunction: hai dải cấm giao nhau; Loại Ⅱ dị liên kết: Hai dải cấm nằm so le nhau.
Để biết thêm thông tin, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi email tạivictorchan@powerwaywafer.com vàpowerwaymaterial@gmail.com.