ການແນະນໍາພື້ນຖານຂອງຂະບວນການເຕີບໂຕ SiC Epitaxial

ຊັ້ນ Epitaxial ແມ່ນຮູບເງົາໄປເຊຍກັນອັນດຽວທີ່ປູກຢູ່ໃນ wafer ໂດຍຂະບວນການ Epitaxial, ແລະຊັ້ນຍ່ອຍຂອງ wafer ແລະ epitaxial ຖືກເອີ້ນວ່າ wafer epitaxial. ໂດຍການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຊັ້ນ epitaxial silicon carbide ໃນ substrate silicon carbide conductive, silicon carbide homogeneous epitaxial wafer ສາມາດໄດ້ຮັບການກະກຽມເພີ່ມເຕີມເຂົ້າໄປໃນ diodes Schottky, MOSFETs, IGBTs ແລະອຸປະກອນພະລັງງານອື່ນໆ, ໃນບັນດາ substrate 4H-SiC ແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດ.

ເນື່ອງຈາກວ່າຂະບວນການຜະລິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງອຸປະກອນພະລັງງານ silicon carbide ແລະອຸປະກອນພະລັງງານ silicon ແບບດັ້ງເດີມ, ມັນບໍ່ສາມາດ fabricated ໂດຍກົງກ່ຽວກັບ silicon carbide ວັດສະດຸ crystal ດຽວ. ວັດສະດຸ epitaxial ຄຸນນະພາບສູງເພີ່ມເຕີມຕ້ອງໄດ້ຮັບການປູກຢູ່ໃນຊັ້ນໃຕ້ດິນໄປເຊຍກັນແບບ conductive, ແລະອຸປະກອນຕ່າງໆຕ້ອງໄດ້ຮັບການຜະລິດຢູ່ໃນຊັ້ນ epitaxial. ດັ່ງນັ້ນ, ຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນ epitaxial ມີອິດທິພົນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ການປະຕິບັດຂອງອຸປະກອນ. ການປັບປຸງການປະຕິບັດຂອງອຸປະກອນພະລັງງານທີ່ແຕກຕ່າງກັນຍັງເຮັດໃຫ້ຄວາມຕ້ອງການທີ່ສູງຂຶ້ນສໍາລັບຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ epitaxial, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ doping ແລະຂໍ້ບົກພ່ອງ.

ຮູບ. 1. ຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ doping ແລະຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ epitaxial ຂອງອຸປະກອນ unipolar ແລະແຮງດັນຕັນ.

ວິທີການກະກຽມຂອງຊັ້ນ epitaxial SIC ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີວິທີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ evaporation, ການຂະຫຍາຍຕົວ epitaxial ໄລຍະຂອງແຫຼວ (LPE), ການເຕີບໂຕຂອງ molecular beam epitaxial (MBE) ແລະການປ່ອຍອາຍພິດທາງເຄມີ (CVD). ໃນປັດຈຸບັນ, ການປ່ອຍອາຍພິດສານເຄມີ (CVD) ແມ່ນວິທີການຕົ້ນຕໍທີ່ໃຊ້ໃນການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນໂຮງງານ.

ຮູບ. 2. ການປຽບທຽບວິທີການກະກຽມຕົ້ນຕໍຂອງຊັ້ນ epitaxial

ຢູ່ເທິງຊັ້ນນອກຂອງແກນ {0001} ທີ່ມີມຸມອຽງທີ່ແນ່ນອນ, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 2(b), ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພື້ນຂັ້ນຕອນແມ່ນໃຫຍ່ກວ່າ, ແລະຂະຫນາດຂອງຫນ້າຂັ້ນຕອນແມ່ນນ້ອຍລົງ, ແລະການນິວເຄລຍຂອງຜລຶກບໍ່ແມ່ນເລື່ອງງ່າຍ. ເກີດຂື້ນໃນພື້ນຜິວຂອງຂັ້ນຕອນ, ແຕ່ມັກຈະເກີດຂື້ນຢູ່ໃນຈຸດລວມຂອງຂັ້ນຕອນ. ໃນກໍລະນີນີ້, ມີພຽງແຕ່ຫນຶ່ງທີ່ສໍາຄັນ nucleating. ດັ່ງນັ້ນ, ຊັ້ນ epitaxial ສາມາດ replicate ຄໍາສັ່ງ stacking ຂອງ substrate ຢ່າງສົມບູນ, ດັ່ງນັ້ນການກໍາຈັດບັນຫາຂອງການຢູ່ຮ່ວມກັນຫຼາຍປະເພດ.

ຮູບ. 3. ແຜນວາດຂະບວນການທາງກາຍະພາບຂອງ 4H-SiC step control method epitaxy

ຮູບ. 4. ເງື່ອນໄຂທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບການເຕີບໂຕຂອງ CVD ໂດຍວິທີການ epitaxy ຄວບຄຸມຂັ້ນຕອນ 4H-SiC

ຮູບ. 5. ການປຽບທຽບອັດຕາການຂະຫຍາຍຕົວພາຍໃຕ້ແຫຼ່ງຊິລິໂຄນທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນ epitaxy 4H-SiC

ໃນປັດຈຸບັນ, ເທກໂນໂລຍີ silicon carbide epitaxy ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງແກ່ໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກແຮງດັນຕ່ໍາແລະຂະຫນາດກາງ (ເຊັ່ນ: ອຸປະກອນ 1200 volt). ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນ, ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ doping ແລະການແຜ່ກະຈາຍຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຊັ້ນ epitaxial ສາມາດບັນລຸລະດັບທີ່ຂ້ອນຂ້າງດີ, ໂດຍພື້ນຖານແລ້ວສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງແຮງດັນກາງແລະຕ່ໍາ SBD (Schottky diode), MOS (ໂລຫະ oxide semiconductor field effect transistor), JBS ( junction diode) ແລະອຸປະກອນອື່ນໆ.

ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນຂົງເຂດຄວາມກົດດັນສູງ, wafers epitaxial ຍັງຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ເອົາຊະນະສິ່ງທ້າທາຍຫຼາຍ. ຕົວຢ່າງ, ສໍາລັບອຸປະກອນທີ່ຕ້ອງທົນທານຕໍ່ 10,000 volts, ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ epitaxial ຈໍາເປັນຕ້ອງມີປະມານ 100μm. ເມື່ອປຽບທຽບກັບອຸປະກອນທີ່ມີແຮງດັນຕ່ໍາ, ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ epitaxial ແລະຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ doping ແມ່ນແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ doping. ໃນເວລາດຽວກັນ, ຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງສາມຫຼ່ຽມໃນຊັ້ນ epitaxial ຍັງຈະທໍາລາຍການປະຕິບັດໂດຍລວມຂອງອຸປະກອນ. ໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີແຮງດັນສູງ, ປະເພດອຸປະກອນມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະໃຊ້ອຸປະກອນ bipolar, ເຊິ່ງຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີອາຍຸການຂອງຊົນເຜົ່າສ່ວນນ້ອຍສູງໃນຊັ້ນ epitaxial, ດັ່ງນັ້ນຂະບວນການຕ້ອງໄດ້ຮັບການປັບປຸງໃຫ້ດີຂຶ້ນເພື່ອປັບປຸງຊີວິດຂອງຊົນເຜົ່າສ່ວນນ້ອຍ.

ໃນປັດຈຸບັນ, epitaxy ພາຍໃນປະເທດສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ 4 ນິ້ວແລະ 6 ນິ້ວ, ແລະອັດຕາສ່ວນຂອງ epitaxy silicon carbide ຂະຫນາດໃຫຍ່ແມ່ນເພີ່ມຂຶ້ນໃນແຕ່ລະປີ. ຂະຫນາດຂອງແຜ່ນ silicon carbide epitaxial ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຈໍາກັດໂດຍຂະຫນາດຂອງ substrate silicon carbide. ໃນປັດຈຸບັນ, substrate silicon carbide 6 ນິ້ວໄດ້ຖືກດໍາເນີນການຄ້າ, ສະນັ້ນ silicon carbide epitaxial ແມ່ນຄ່ອຍໆປ່ຽນຈາກ 4 ນິ້ວເປັນ 6 ນິ້ວ. ດ້ວຍການປັບປຸງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງເຕັກໂນໂລຊີການກະກຽມ substrate silicon carbide ແລະການຂະຫຍາຍຕົວຄວາມສາມາດ, ລາຄາຂອງ substrate silicon carbide ແມ່ນຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງ. ໃນອົງປະກອບຂອງລາຄາແຜ່ນ epitaxial, substrate ກວມເອົາຫຼາຍກ່ວາ 50% ຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ດັ່ງນັ້ນ, ດ້ວຍການຫຼຸດລົງຂອງລາຄາ substrate, ລາຄາຂອງແຜ່ນ silicon carbide epitaxial ຍັງຄາດວ່າຈະຫຼຸດລົງ.