SiC-on-Isolator SiCOI Substrati ad alta conduttività termica a larga banda

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Le pellicole sottili di carburo di silicio su isolante (SiCOI) sono materiali compositi innovativi, generalmente fabbricati depositando uno strato sottile di carburo di silicio (SiC) di alta qualità a cristallo unico (500~600 nm,a seconda delle applicazioni specifiche) su un substrato di biossido di silicio (SiO2)Il SiC è noto per la sua eccezionale conduttività termica, la sua elevata tensione di rottura e la sua eccezionale resistenza chimica.questo materiale può soddisfare contemporaneamente i requisiti esigenti di alta potenza, applicazioni ad alta frequenza e ad alta temperatura.
                                                               

Principio

La fabbricazione di pellicole sottili di SiCOI può essere realizzata utilizzando processi compatibili con CMOS come il taglio e il legame ionico, consentendo così un'integrazione senza soluzione di continuità con i circuiti elettronici esistenti.

Processo di taglio ionico
Uno dei processi è basato sul taglio ionico (Smart Cut) e sul trasferimento dello strato SiC, seguito dal legame dei wafer.Questa tecnica è stata applicata alla produzione su larga scala di wafer a silicio su isolatore (SOI).Tuttavia, nelle applicazioni di SiC, l'impianto ionico può introdurre danni che non possono essere recuperati con ricottura termica, con conseguente perdita eccessiva di strutture fotoniche.La ricottura termica ad alta temperatura superiore a 1000°C non è sempre compatibile con determinati requisiti di processo.

 
Per risolvere questi problemi, le tecniche di rettifica e lucidatura meccanica chimica (CMP) possono essere utilizzate per sottilizzare direttamente la pila SiC/SiO2 - Si legata a < 1 μm, ottenendo una superficie liscia.Un ulteriore assottigliamento può essere ottenuto tramite incisione agli ioni reattivi (RIE), che riduce al minimo le perdite nelle strutture di SiCOI. Inoltre, è stato dimostrato che il CMP assistito dall'ossidazione umida riduce efficacemente la rugosità superficiale e le perdite di dispersione,mentre la ricottura ad alta temperatura può ulteriormente ottimizzare la qualità dei wafer.
                                                                 

Tecnologia di legame dei wafer
Un altro metodo di preparazione è la tecnologia di legame dei wafer,che prevede l'applicazione di una pressione tra le onde di carburo di silicio (SiC) e quelle di silicio (Si) e l'utilizzo degli strati di ossidazione termica delle due onde per il legameTuttavia, lo strato di ossidazione termica del SiC può causare difetti locali all'interfaccia SiC-ossido. Questi difetti possono portare ad un aumento della perdita ottica o alla formazione di trappole di carica.Inoltre, lo strato di biossido di silicio sul SiC è generalmente preparato mediante deposizione di vapore chimico potenziato dal plasma (PECVD), e questo processo può anche provocare alcuni problemi strutturali.

 
Per superare le sfide di cui sopra, è stato proposto un nuovo processo di fabbricazione di chip 3C-SiCOI che adotta un processo di legame anodico combinato con vetro borosilicato,preservando così tutte le funzioni del micromachinaggio del silicio/CMOS e della fotonica SiCInoltre, il SiC amorfo può anche essere depositato direttamente sul Wafer SiO2/Si mediante PECVD o sputtering, ottenendo così un'integrazione del processo semplificata.Tutti questi metodi sono pienamente compatibili con i processi CMOS, promuovendo ulteriormente l'applicazione del SiCOI nel campo della fotonica.
                                                                                 

Vantaggi
Rispetto alle piattaforme materiali esistenti di isolatore del silicio (SOI), nitruro di silicio (SiN) e di niobato di litio (LNOI),La piattaforma di materiali SiCOI dimostra vantaggi significativi nelle applicazioni ottiche ed è in procinto di diventare la piattaforma di materiali di prossima generazione per la tecnologia quantisticaI vantaggi specifici sono i seguenti:

• Essa presenta un'eccellente trasparenza nella gamma di lunghezze d'onda da circa 400 nm a circa 5000 nm e raggiunge prestazioni eccezionali con una perdita di guida d'onda inferiore a 1 dB/cm.
• Supporta molteplici funzioni come la modulazione elettro-ottica, la commutazione termica e la sintonizzazione della frequenza.
• Mostra generazione di secondo armonico e altre caratteristiche ottiche non lineari e può servire come piattaforma di sorgente di un singolo fotone basata sui centri di colore.

 
- Sì.Applicazioni

Inoltre, il SiCOI combina i vantaggi del carburo di silicio (SiC) in termini di elevata conduttività termica e elevata tensione di rottura con le buone proprietà di isolamento elettrico degli isolanti,e migliora le proprietà ottiche del Wafer SiC originaleE' ampiamente utilizzato in settori ad alta tecnologia come la fotonica integrata, l'ottica quantistica e i dispositivi di potenza.I ricercatori hanno sviluppato un gran numero di componenti fotonici di alta qualità, compresi i conduttori d'onda lineari, i risonatori a microanello, i conduttori d'onda a cristallo fotonico, i risonatori a microdisco, i modulatori elettro-ottici, gli interferometri Mach - Zehnder (MZI) e gli splitter di fascio.Questi componenti presentano basse perdite e elevate prestazioni, che fornisce una solida base tecnica per la comunicazione quantistica, il calcolo fotonico e i dispositivi di potenza ad alta frequenza.
 
 
Le pellicole sottili di carburo di silicio su isolante (SiCOI) sono materiali compositi innovativi, generalmente fabbricati depositando uno strato sottile di carburo di silicio (SiC) di alta qualità a cristallo unico (500~600 nm,a seconda delle applicazioni specifiche) su un substrato di biossido di silicio (SiO2)Il SiC è noto per la sua eccezionale conduttività termica, la sua elevata tensione di rottura e la sua eccezionale resistenza chimica.questo materiale può soddisfare contemporaneamente i requisiti esigenti di alta potenza, applicazioni ad alta frequenza e ad alta temperatura.
 
                                                      
 

Domande e risposte

Q1: Qual è la differenza tra SICOI e i tradizionali dispositivi SiC-on-Si?
A:Il substrato isolante di SICOI (ad esempio, Al2O3) elimina la capacità parassitaria e le correnti di fuga dai substrati di silicio evitando i difetti causati dalla disadattamento del reticolo.Ciò si traduce in un'affidabilità superiore del dispositivo e prestazioni di frequenza.
 
D2: Può fornire un caso di applicazione tipico di SICOI nell'elettronica automobilistica?
- Sì.A:Gli inverter Tesla Model 3 utilizzano MOSFET SiC. I futuri dispositivi basati su SICOI potrebbero migliorare ulteriormente la densità di potenza e i ranghi di temperatura operativa.
 
Q3: Quali sono i vantaggi di SICOI rispetto a SOI (isolatore a silicio)?
- Sì.A:

• - Sì.Performance del materiale:L'ampia banda di SICOI consente di operare a potenza e temperature più elevate, mentre SOI è limitata dagli effetti del vettore caldo.
• Prestazioni ottiche:SICOI raggiunge perdite di guida d'onda di < 1 dB/cm, significativamente inferiori a ~ 3 dB/cm di SOI, rendendolo adatto alla fotonica ad alta frequenza.
• - Sì.Espansione funzionale:SICOI supporta l'ottica non lineare (ad esempio, seconda generazione armonica), mentre SOI si basa principalmente sugli effetti ottici lineari.

 
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