Qual e' l'orientamento del substrato di SiC?

Dato che il cristallo non e' infinito, alla fine finira' in un piano.le proprietà della superficie possono quindi influenzare le proprietà del dispositivoQueste proprietà superficiali sono generalmente descritte dal piano cristallino o dalla direzione del cristallo.

1. Orientamento del substrato SiC

Orientazione cristallina: la direzione indicata dalla linea tra due atomi/molecole/ioni in una cella cristallina viene chiamata orientazione cristallina.
 

Piano di cristallo: il piano formato da una serie di atomi/molecole/ioni è chiamato piano di cristallo.
 

Indice di orientamento del cristallo: prendere un certo punto O della cella unitaria come origine, impostare l'asse di coordinate X/Y/Z attraverso l'origine O,prendere la lunghezza del vettore reticolare della cella unitaria come unità di lunghezza dell'asse di coordinate, fare una linea retta OP attraverso l'origine O, richiedere il punto P per essere il più vicino al punto O, e farlo parallelo alla direzione cristallina AB, determinare i tre valori di coordinate del punto P,Convertire i tre valori in numero intero minimo u, v, w, più parentesi quadrate, [uvw] è l'indice di orientamento cristallino di AB da determinare.Direzione cristallina in cui tutte le direzioni indicate dall'indice sono coerenti e parallele tra loro.

Gruppo di orientamento cristallino: gli atomi di cristallo sono disposti nello stesso insieme di cristallo a conosciuto come il cristallo alla famiglia, come il sistema cristallino cubico, a / b / c tre valori sono gli stessi,[111] wafer di cristallo per un totale di otto per il clan ([111], [111], [1-11] e [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Denotare questo gruppo di orientamento con <111>. Allo stesso modo, il gruppo di orientamento <100> contiene sei orientamenti: [100], [010], [001],[-100],[0-10] e [00-1]Se non è cubico, il gruppo di orientamento può essere diverso cambiando l'ordine dell'indice di orientamento.

2.Diagramma schematico del diametro del wafer C e del Wafer Si, del Wafer primario piatto, del Wafer secondario piatto e della posizione di marcatura laser.

3Perché i substrati cristallini sono spesso utilizzati per la fabbricazione di dispositivi di alimentazione come i MOSFET?

I dispositivi di alimentazione sono generalmente dispositivi di canale superficiale e la densità degli stati di difetti superficiali influenza notevolmente la tensione di soglia e l'affidabilità.La densità di superficie atomica di (100) superficie cristallina è la più piccola, e la densità di superficie atomica corrispondente degli stati è anche la più piccola.e meno difetti vengono generati quando la superficie del dispositivo è ossidata.
 

A causa della piccola densità di (100) faccia di cristallo, la sua ossidazione termica e il tasso di incisione è relativamente veloce, i leader del processo di ricerca della direzione del cristallo <100> sono anche più;
La direzione del cristallo < 110> è la direzione con la più alta mobilità elettronica nelle wafer di silicio, perché gli atomi nella direzione del cristallo < 110> sono disposti relativamente strettamente,e gli elettroni incontreranno meno ostacoli quando si muovono in questa direzioneTuttavia, gli atomi nella direzione del cristallo <100> sono disposti liberamente, e gli elettroni saranno ostacolati da molti ostacoli quando si muovono in questa direzione,Quindi la mobilità elettronica è relativamente bassaAnche se i wafer di silicio con orientamento < 110> hanno prestazioni migliori in alcuni aspetti,non sono spesso utilizzati a causa della loro stretta struttura reticolare e dell'alto costo e della difficoltà tecnica di taglio delle wafer di silicio in wafer di orientamento < 110>.
 

In alcuni disegni di layout del dispositivo, la direzione della cella o la direzione policristallina del cancello non è perpendicolare al canale di scripting, ma è ad un angolo di 45 gradi con il canale di scripting,il fine è quello di rendere la direzione del canale della direzione del cristallo a < 110>, aumentare la mobilità dei portatori di carica, ridurre la perdita, oltre alla diversa direzione del layout, la coerenza complessiva dello sforzo del wafer è anche vantaggiosa.C'erano sempre più dispositivi a scanalatura, e la direzione dei portatori di carica del canale era perpendicolare al piano cristallino, quindi era di poca importanza cambiare l'altra direzione in termini di miglioramento della mobilità.

Prima di 40 nm, i processi CMOS tendono a utilizzare <100> substrati di orientamento cristallino. A 28 nm, per massimizzare la mobilità di PMOS, l'industria utilizza <110> substrato di orientamento cristallino.In questa direzione., il canale PMOS è il più sensibile allo stress di compressione, quindi la mobilità può essere migliorata nella massima misura.Il processo a 28 nm utilizzerà la tecnologia di tensione germanio-silicio per ottimizzare la mobilità del foro, che può essere migliorata di circa il 20% nella direzione cristallina <100>.i wafer di silicio sono più costosi e tecnicamente difficili da tagliare in wafer di orientamento < 110>.

4. Perché i dispositivi di alimentazione SiC sono spesso realizzati in struttura cristallina 4H-SiC e wafer <0001>?

Tra i vari tipi di cristallo di SiC, il 3C-SiC ha la più bassa energia di legame, la più alta energia senza reticolo e una facile nucleazione, ma è nello stato metastabile,con bassa stabilità e facile trasferimento di fase solidaLa transizione di fase è più probabile che si verifichi sotto l'influenza di condizioni esterne.3C-SiC può subire una trasformazione di fase e diventare altre forme cristalline.

Il seguente è un confronto specifico della differenza di prestazioni tra 4H-SiC e 6H-SiC per sapere perché i dispositivi di alimentazione SiC utilizzano comunemente la struttura cristallina 4H-SiC:

Le principali differenze tra 4H SiC e 6H-SiC risiedono nelle loro strutture cristalline, proprietà fisiche e proprietà elettriche.Il 4H SiC ha un ordine di impilazione ABCB e una simmetria superiore rispetto all'impilazione ABABAB di 6H-SiCQuesta differenza di simmetria influisce sul processo di crescita del cristallo, con conseguente minore densità di difetto del 4H-sic e migliore qualità del cristallo.Il 4H-SiC presenta una maggiore conduttività termica lungo l'asse C e una maggiore mobilità del vettore, che lo rende adatto per applicazioni ad alta frequenza e alta potenza come MOSFET, diodi Schottky e transistor a giunzione bipolare.Il 6H-SiC ha difetti a livello di profondità inferiori e un tasso di ricombinazione dei vettori inferiore, che è più adatto per applicazioni di substrato di alta qualità, come le applicazioni di substrato di alta qualità, la crescita epitaxiale e la produzione di dispositivi elettronici.La scelta tra le due strutture cristalline dipende dai requisiti specifici del dispositivo semiconduttore e dalla sua applicazione prevista..

5. Perché l'orientamento del wafer dei dispositivi di alimentazione SiC è spesso <0001>?

Secondo l'analisi dell'orientamento cristallino del silicio, la struttura cristallina del 4H-SiC <0001> presenta i seguenti vantaggi:

Vantaggio della struttura cristallina:

La struttura del wafer del materiale SiC ha una buona corrispondenza reticolare nella direzione del cristallo <0001>, che consente un'alta qualità cristallina e l'integrità del wafer nel processo di crescita e produzione del wafer.

L'orientamento <0001> può formare una superficie di legame Si-C con una bassa densità di stati interfacciali, che favorisce l'ottenimento di un'interfaccia SiC-SiO2 di alta qualità.

La superficie della direzione del cristallo <0001> è relativamente piatta, il che favorisce la crescita di pellicole epitaxiali di alta qualità.la densità degli atomi di carbonio nella direzione cristallina di <0001> è superiore, che favorisce l'ottenimento di una maggiore intensità del campo elettrico di rottura, che è molto importante per garantire l'affidabilità dell'isolamento del dispositivo.

Vantaggi di conduttività termica:

Il materiale SiC ha una conduttività termica molto elevata, che consente una dissipazione del calore più efficiente durante il funzionamento dei dispositivi di potenza.che migliora ulteriormente le prestazioni di dissipazione del calore del chip e aiuta a migliorare la densità di potenza e l'affidabilità del dispositivo di alimentazione.

Vantaggi delle prestazioni del dispositivo: il Wafer SiC <0001> può ottenere una corrente di perdita inferiore e una tensione di rottura superiore.il Wafer SiC ha anche una maggiore mobilità del vettore e un grande effetto di polarizzazione spontanea, che può essere utilizzato per aumentare la densità elettronica del canale MOSFET, migliorare la corrente di conduzione nello stato di conduzione,e contribuire a migliorare la velocità di commutazione e la frequenza di funzionamento del dispositivo.