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高压碳化硅解决方案:改善4H-SiC晶圆表面的缺陷问题

发布日期:2022-10-09 点击率:65


  碳化硅(SiC)在大功率、高温、高频等极端条件应用领域具有很好的前景。但尽管商用4H-SiC单晶圆片的结晶完整性最近几年显着改进,这些晶圆的缺陷密度依然居高不下。经研究证实,晶圆衬底的表面处理时间越长,则表面缺陷率也会跟着增加。

  碳化硅(SiC)兼有宽能带隙、高电击穿场强、高热导率、高载流子饱和速率等特性,在大功率、高温、高频等极端条件应用领域具有很好的前景。尽管商用4H–SiC单晶圆片的结晶完整性最近几年显着改进,但这些晶圆的缺陷密度依然居高不下。

  经研究证实,晶圆衬底的表面处理时间越长,则表面缺陷率也会跟着增加。表面缺陷严重影响SiC元件品质与矽元件相比,碳化硅的能带隙更宽,本征载流子浓度更低,且在更高的温度条件下仍能保持半导体特性,因此,采用碳化硅材料制成的元件,能在比矽元件更高的工作温度运作。碳化硅的高电击穿场强和高热导率,结合高工作温度,让碳化硅元件取得极高的功率密度和能效。

  如今,碳化硅晶圆品质和元件制造制程显着改进,各大半导体厂商纷纷展示了高压碳化硅解决方案,其性能远超过矽萧特基势垒二极体(SBD)和场效应电晶体(FET),其中包括阻断电压接近19kV的PiN整流管;击穿电压高于1.5kV的萧特基二极体;击穿电压高达1.0kV的 MOSFET。

  对于普通半导体技术特别是碳化硅元件,衬底材料的品质极其重要。若在晶圆非均匀表面上有机械性紊乱区和氧化区,使用这些晶圆制造出的半导体元件,其产品性能将会受到影响,例如重组率提高,或者在正常工作过程中出现无法预见的性能降低现象。商用碳化硅晶圆需要机械抛光处理,晶圆表面容易被刮伤,经常看到晶圆上有大量的刮痕。

  过去的研究报告证明,如果在外延层生长前正确处理衬底表面,晶圆衬底表面上的缺陷将会大幅减少,这是生长高品质外延层的关键所在。我们知道,氢气蚀刻方法可以去除数百奈米的体效应材料,从而改善晶圆表面的缺陷问题。

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