SiC эпитаксиаль өсөлтийн процессын үндсэн танилцуулга

Эпитаксиаль давхарга нь ep·itaxial процессоор өрлөг дээр ургасан өвөрмөц нэг талст хальс бөгөөд субстрат өрөм болон эпитаксиаль хальсыг эпитаксиаль хавтан гэж нэрлэдэг.Цахиурын карбидын эпитаксиаль давхаргыг дамжуулагч цахиурын карбидын субстрат дээр өсгөснөөр цахиурын карбидын нэгэн төрлийн эпитаксиаль хавтанцарыг Schottky диод, MOSFET, IGBT болон бусад цахилгаан төхөөрөмжүүдэд бэлтгэх боломжтой бөгөөд тэдгээрийн дунд 4H-SiC субстратыг хамгийн их ашигладаг.

Цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмж болон уламжлалт цахиурын цахилгаан төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх процесс өөр өөр байдаг тул цахиурын карбидын нэг болор материал дээр шууд үйлдвэрлэх боломжгүй юм.Дамжуулагч нэг болор субстрат дээр нэмэлт өндөр чанартай эпитаксиаль материалыг ургуулж, эпитаксийн давхарга дээр янз бүрийн төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх шаардлагатай.Тиймээс эпитаксиаль давхаргын чанар нь төхөөрөмжийн гүйцэтгэлд ихээхэн нөлөөлдөг.Төрөл бүрийн цахилгаан төхөөрөмжүүдийн гүйцэтгэлийг сайжруулснаар эпитаксиаль давхаргын зузаан, допингийн концентраци, согог зэрэгт өндөр шаардлага тавьж байна.

ЗУРАГ.1. Допингийн концентраци ба нэг туйлт төхөөрөмжийн эпитаксиаль давхаргын зузаан ба блоклох хүчдэлийн хамаарал

SIC эпитаксийн давхаргыг бэлтгэх аргад голчлон ууршилтын өсөлтийн арга, шингэн фазын эпитаксийн өсөлт (LPE), молекулын цацрагийн эпитаксийн өсөлт (MBE) болон химийн уурын хуримтлал (CVD) орно.Одоогийн байдлаар химийн уурын хуримтлал (CVD) нь үйлдвэрүүдэд их хэмжээний үйлдвэрлэл явуулахад хэрэглэгддэг гол арга юм.

ЗУРАГ.2. Эпитаксиаль давхаргыг бэлтгэх үндсэн аргуудын харьцуулалт

Зураг 2(b)-д үзүүлсэн шиг тэнхлэгээс гадуурх {0001} өнцөг бүхий субстрат дээр гишгүүрийн гадаргуугийн нягтрал илүү том, алхмын гадаргуугийн хэмжээ бага, болор бөөмжилт нь тийм ч хялбар биш юм. гишгүүрийн гадаргуу дээр тохиолддог боловч ихэнхдээ шатыг нэгтгэх цэг дээр тохиолддог.Энэ тохиолдолд зөвхөн нэг цөмийн түлхүүр байна.Тиймээс эпитаксиаль давхарга нь субстратын овоолгын дарааллыг төгс давтаж чаддаг тул олон төрлийн зэрэгцэн орших асуудлыг арилгадаг.

ЗУРАГ.3. 4H-SiC алхамын хяналтын эпитаксийн аргын физик процессын диаграмм

ЗУРАГ.4. 4H-SiC шатлалтай эпитаксийн аргаар ЗСӨ-ийн өсөлтийн чухал нөхцөл

ЗУРАГ.5. 4H-SiC эпитакси дахь цахиурын өөр өөр эх үүсвэрийн өсөлтийн хурдыг харьцуулах.

Одоогийн байдлаар цахиурын карбидын эпитаксийн технологи нь бага ба дунд хүчдэлийн хэрэглээнд (1200 вольтын төхөөрөмж гэх мэт) харьцангуй боловсронгуй болсон.Эпитаксиаль давхаргын зузаан жигд, допингийн концентрацийн жигд байдал, согогийн тархалт харьцангуй сайн түвшинд хүрч, дунд ба нам хүчдэлийн SBD (Шоттки диод), MOS (металл ислийн хагас дамжуулагч талбайн эффект транзистор), JBS ( холболтын диод) болон бусад төхөөрөмжүүд.

Гэсэн хэдий ч өндөр даралтын салбарт эпитаксиаль хавтан нь олон сорилтыг даван туулах шаардлагатай хэвээр байна.Жишээлбэл, 10,000 вольтыг тэсвэрлэх шаардлагатай төхөөрөмжүүдийн хувьд эпитаксиаль давхаргын зузаан нь ойролцоогоор 100μm байх ёстой.Бага хүчдэлийн төхөөрөмжтэй харьцуулахад эпитаксиаль давхаргын зузаан, допингийн концентрацийн жигд байдал, ялангуяа допингийн концентрацийн жигд байдал нь ихээхэн ялгаатай байдаг.Үүний зэрэгцээ эпитаксиаль давхарга дахь гурвалжингийн согог нь төхөөрөмжийн ерөнхий гүйцэтгэлийг устгах болно.Өндөр хүчдэлийн хэрэглээнд төхөөрөмжийн төрлүүд нь биполяр төхөөрөмжийг ашиглах хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь эпитаксиаль давхаргад цөөнхийн амьдрах хугацааг шаарддаг тул цөөнхийн ашиглалтын хугацааг сайжруулахын тулд үйл явцыг оновчтой болгох шаардлагатай.

Одоогийн байдлаар дотоодын эпитакс нь голчлон 4 инч, 6 инч бөгөөд том хэмжээтэй цахиурын карбидын эпитаксийн эзлэх хувь жилээс жилд нэмэгдэж байна.Цахиурын карбидын эпитаксиаль хавтангийн хэмжээ нь голчлон цахиурын карбидын субстратын хэмжээгээр хязгаарлагддаг.Одоогийн байдлаар 6 инчийн цахиурын карбидын субстрат худалдаанд гарсан тул цахиурын карбидын эпитаксиаль аажмаар 4 инчээс 6 инч хүртэл шилжиж байна.Цахиурын карбидын субстрат бэлтгэх технологийг тасралтгүй сайжруулж, хүчин чадлыг нэмэгдүүлснээр цахиур карбидын субстратын үнэ аажмаар буурч байна.Эпитаксиаль хавтангийн үнийн найрлагад субстрат нь зардлын 50 гаруй хувийг эзэлдэг тул субстратын үнэ буурах тусам цахиурын карбидын эпитаксиаль хуудасны үнэ мөн буурах төлөвтэй байна.