Ang Batakang Pagpaila sa SiC Epitaxial Growth Proseso

Ang epitaxial layer usa ka piho nga single crystal film nga gipatubo sa wafer pinaagi sa ep·itaxial process, ug ang substrate wafer ug epitaxial film gitawag nga epitaxial wafer. Pinaagi sa pagpatubo sa silicon carbide epitaxial layer sa conductive silicon carbide substrate, ang silicon carbide homogeneous epitaxial wafer mahimo pa nga maandam sa Schottky diodes, MOSFETs, IGBTs ug uban pang mga power device, diin ang 4H-SiC substrate mao ang kasagarang gigamit.

Tungod sa lain-laing proseso sa paghimo sa silicon carbide power device ug tradisyonal nga silicon power device, kini dili direkta nga hinimo sa silicon carbide single crystal material. Ang dugang nga taas nga kalidad nga mga materyales sa epitaxial kinahanglan nga motubo sa conductive single crystal substrate, ug ang lainlaing mga aparato kinahanglan nga himuon sa epitaxial layer. Busa, ang kalidad sa epitaxial layer adunay dako nga impluwensya sa performance sa device. Ang pag-uswag sa pasundayag sa lainlaing mga aparato sa kuryente nagbutang usab sa mas taas nga mga kinahanglanon alang sa gibag-on sa epitaxial layer, konsentrasyon sa doping ug mga depekto.

FIG. 1. Relasyon tali sa konsentrasyon sa doping ug gibag-on sa epitaxial layer sa unipolar device ug blocking voltage

Ang mga pamaagi sa pag-andam sa SIC epitaxial layer nag-una naglakip sa evaporation growth method, liquid phase epitaxial growth (LPE), molecular beam epitaxial growth (MBE) ug chemical vapor deposition (CVD). Sa pagkakaron, ang chemical vapor deposition (CVD) mao ang nag-unang pamaagi nga gigamit alang sa dinagkong produksyon sa mga pabrika.

FIG. 2. Pagtandi sa mga nag-unang pamaagi sa pagpangandam sa epitaxial layer

Sa off-axis {0001} substrate nga adunay usa ka tilt Angle, sama sa gipakita sa Figure 2(b), ang densidad sa step surface mas dako, ug ang gidak-on sa step surface mas gamay, ug ang crystal nucleation dili sayon mahitabo sa ibabaw sa hagdanan, apan mas kanunay mahitabo sa paghiusa nga punto sa lakang. Niini nga kaso, adunay usa lamang ka nucleating key. Busa, ang epitaxial layer mahimo nga hingpit nga kopyahon ang stacking order sa substrate, sa ingon pagwagtang sa problema sa multi-type coexistence.

FIG. 3. Pisikal nga diagram sa proseso sa 4H-SiC nga lakang sa pagkontrol sa epitaxy nga pamaagi

FIG. 4. Kritikal nga mga kondisyon alang sa pagtubo sa CVD pinaagi sa 4H-SiC nga lakang nga kontrolado nga pamaagi sa epitaxy

FIG. 5. Pagtandi sa mga rate sa pagtubo ubos sa lain-laing mga tinubdan sa silicon sa 4H-SiC epitaxy

Sa pagkakaron, ang teknolohiya sa silicon carbide epitaxy medyo hingkod sa ubos ug medium nga boltahe nga mga aplikasyon (sama sa 1200 volt device). Ang pagkaparehas sa gibag-on, pagkapareho sa konsentrasyon sa doping ug pag-apod-apod sa depekto sa epitaxial layer mahimong makaabut sa usa ka medyo maayo nga lebel, nga mahimo’g matubag ang mga panginahanglanon sa tungatunga ug ubos nga boltahe SBD (Schottky diode), MOS (metal oxide semiconductor field effect transistor), JBS ( junction diode) ug uban pang mga himan.

Bisan pa, sa natad sa taas nga presyur, ang mga epitaxial wafer kinahanglan pa nga mabuntog ang daghang mga hagit. Pananglitan, alang sa mga himan nga kinahanglan nga makasukol sa 10,000 volts, ang gibag-on sa epitaxial layer kinahanglan mga 100μm. Kung itandi sa ubos nga boltahe nga mga himan, ang gibag-on sa epitaxial layer ug ang pagkaparehas sa konsentrasyon sa doping lahi kaayo, ilabi na ang pagkaparehas sa konsentrasyon sa doping. Sa samang higayon, ang triyanggulo nga depekto sa epitaxial layer makaguba usab sa kinatibuk-ang performance sa device. Sa taas nga boltahe nga mga aplikasyon, ang mga tipo sa aparato lagmit nga mogamit mga bipolar nga aparato, nga nanginahanglan usa ka taas nga kinabuhi sa minorya sa epitaxial layer, busa ang proseso kinahanglan nga ma-optimize aron mapauswag ang kinabuhi sa minorya.

Sa pagkakaron, ang domestic epitaxy kasagaran 4 ka pulgada ug 6 ka pulgada, ug ang proporsiyon sa dako nga gidak-on nga silicon carbide epitaxy nagkadaghan matag tuig. Ang gidak-on sa silicon carbide epitaxial sheet kay limitado sa gidak-on sa silicon carbide substrate. Sa pagkakaron, ang 6-pulgada nga silicon carbide substrate na-komersyal na, mao nga ang silicon carbide epitaxial anam-anam nga nag-transition gikan sa 4 ka pulgada ngadto sa 6 ka pulgada. Uban sa padayon nga pag-uswag sa teknolohiya sa pag-andam sa silicon carbide substrate ug pagpalapad sa kapasidad, ang presyo sa silicon carbide substrate anam-anam nga nagkunhod. Sa komposisyon sa presyo sa epitaxial sheet, ang substrate nag-asoy sa labaw sa 50% sa gasto, mao nga sa pagkunhod sa presyo sa substrate, ang presyo sa silicon carbide epitaxial sheet gilauman usab nga mubu.