Mga Epitaxial Layers: Ang Pundasyon ng Mga Advanced na Semiconductor Device

Figure 1: Inilalarawan ang ugnayan sa pagitan ng mga konsentrasyon ng doping, kapal ng layer, at breakdown na boltahe para sa mga unipolar na device.

Ang paghahanda ng mga SiC epitaxial layer ay pangunahing sumasaklaw sa mga diskarte tulad ng Evaporation Growth, Liquid Phase Epitaxy (LPE), Molecular Beam Epitaxy (MBE), at Chemical Vapor Deposition (CVD), na ang CVD ang pangunahing paraan para sa mass production sa mga pabrika.

Talahanayan 1: Nagbibigay ng comparative overview ng mga pangunahing paraan ng paghahanda ng epitaxial layer.

Ang isang groundbreaking na diskarte ay nagsasangkot ng paglaki sa off-axis {0001} na mga substrate sa isang partikular na anggulo ng pagtabingi, gaya ng inilalarawan sa Figure 2(b). Ang pamamaraang ito ay makabuluhang nagpapataas ng densidad ng hakbang habang binabawasan ang laki ng hakbang, pinapadali ang nucleation lalo na sa mga step bunching site at sa gayon, pinapayagan ang epitaxial layer na perpektong kopyahin ang pagkakasunud-sunod ng pagsasalansan ng substrate, na inaalis ang magkakasamang buhay ng mga polytype.

Figure 2: Nagpapakita ng pisikal na proseso ng step-controlled na epitaxy sa 4H-SiC.

Figure 3: Ipinapakita ang mga kritikal na kondisyon para sa paglaki ng CVD sa step-controlled na epitaxy para sa 4H-SiC.

Figure 4: Inihahambing ang mga rate ng paglago sa ilalim ng iba't ibang mapagkukunan ng silikon para sa 4H-SiC epitaxy.

Sa larangan ng mababang at katamtamang boltahe na mga aplikasyon (hal., 1200V na mga device), ang SiC epitaxy na teknolohiya ay umabot sa isang mature na yugto, na nag-aalok ng relatibong superyor na pagkakapareho sa kapal, doping concentration, at pamamahagi ng depekto, sapat na nakakatugon sa mga kinakailangan para sa mababa at katamtamang boltahe na SBD , MOS, JBS device, at iba pa.

Gayunpaman, ang mataas na boltahe na domain ay nagpapakita pa rin ng mga makabuluhang hamon. Halimbawa, ang mga device na na-rate sa 10000V ay nangangailangan ng mga epitaxial layer na humigit-kumulang 100μm ang kapal, ngunit ang mga layer na ito ay nagpapakita ng mas mahinang kapal at pagkakapareho ng doping kumpara sa kanilang mga katapat na mababa ang boltahe, hindi pa banggitin ang masamang epekto ng mga triangular na depekto sa pangkalahatang pagganap ng device. Ang mga high-voltage na application, na may posibilidad na pabor sa mga bipolar device, ay naglalagay din ng mahigpit na pangangailangan sa minority carrier lifetime, na nangangailangan ng pag-optimize ng proseso upang mapahusay ang parameter na ito.

Sa kasalukuyan, ang merkado ay pinangungunahan ng 4-inch at 6-inch SiC epitaxial wafers, na may unti-unting pagtaas sa proporsyon ng malalaking diameter na SiC epitaxial wafer. Ang laki ng SiC epitaxial wafers ay panimula na tinutukoy ng mga sukat ng SiC substrates. Sa mga 6-inch na SiC substrate na available na ngayon sa komersyo, ang paglipat mula sa 4-inch hanggang 6-inch na SiC epitaxy ay patuloy na isinasagawa.

Habang umuunlad ang teknolohiya ng paggawa ng substrate ng SiC at lumalawak ang mga kapasidad ng produksyon, unti-unting bumababa ang halaga ng mga substrate ng SiC. Dahil ang mga substrate ay nagkakahalaga ng higit sa 50% ng halaga ng mga epitaxial wafer, ang pagbaba ng mga presyo ng substrate ay inaasahang hahantong sa mas mababang mga gastos para sa SiC epitaxy, sa gayon ay nangangako ng isang mas maliwanag na hinaharap para sa industriya.**