SICOI (സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഓൺ ഇൻസുലേറ്റർ) വേഫറുകൾ SiC ഫിലിം ഓൺ സിലിക്കൺ
വിശദമായ ഡയഗ്രം
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഓൺ ഇൻസുലേറ്റർ (SICOI) വേഫറുകളുടെ ആമുഖം.
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഓൺ ഇൻസുലേറ്റർ (SICOI) വേഫറുകൾ അടുത്ത തലമുറയിലെ സെമികണ്ടക്ടർ സബ്സ്ട്രേറ്റുകളാണ്, അവ സിലിക്കൺ കാർബൈഡിന്റെ (SiC) മികച്ച ഭൗതികവും ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളും സിലിക്കൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് (SiO₂) അല്ലെങ്കിൽ സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് (Si₃N₄) പോലുള്ള ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ബഫർ പാളിയുടെ മികച്ച വൈദ്യുത ഇൻസുലേഷൻ സവിശേഷതകളുമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നു. ഒരു സാധാരണ SICOI വേഫറിൽ ഒരു നേർത്ത എപ്പിറ്റാക്സിയൽ SiC പാളി, ഒരു ഇന്റർമീഡിയറ്റ് ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഫിലിം, ഒരു സപ്പോർട്ടിംഗ് ബേസ് സബ്സ്ട്രേറ്റ് എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അത് സിലിക്കൺ അല്ലെങ്കിൽ SiC ആകാം.
ഉയർന്ന പവർ, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി, ഉയർന്ന താപനില ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ കർശനമായ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിനാണ് ഈ ഹൈബ്രിഡ് ഘടന രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. ഒരു ഇൻസുലേറ്റിംഗ് പാളി ഉൾപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെ, SICOI വേഫറുകൾ പരാദ കപ്പാസിറ്റൻസ് കുറയ്ക്കുകയും ചോർച്ച പ്രവാഹങ്ങളെ അടിച്ചമർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, അതുവഴി ഉയർന്ന പ്രവർത്തന ആവൃത്തികൾ, മികച്ച കാര്യക്ഷമത, മെച്ചപ്പെട്ട താപ മാനേജ്മെന്റ് എന്നിവ ഉറപ്പാക്കുന്നു. ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ, 5G ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ഇൻഫ്രാസ്ട്രക്ചർ, എയ്റോസ്പേസ് സിസ്റ്റങ്ങൾ, നൂതന RF ഇലക്ട്രോണിക്സ്, MEMS സെൻസർ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ ഈ ആനുകൂല്യങ്ങൾ അവയെ വളരെ വിലപ്പെട്ടതാക്കുന്നു.
SICOI വേഫറുകളുടെ ഉൽപാദന തത്വം
SICOI (സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഓൺ ഇൻസുലേറ്റർ) വേഫറുകൾ ഒരു നൂതന രീതിയിലൂടെയാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്വേഫർ ബോണ്ടിംഗ്, നേർത്തതാക്കൽ പ്രക്രിയ:
-
SiC അടിവസ്ത്ര വളർച്ച– ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ SiC വേഫർ (4H/6H) ഡോണർ മെറ്റീരിയലായി തയ്യാറാക്കുന്നു.
-
ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ലെയർ ഡിപ്പോസിഷൻ– കാരിയർ വേഫറിൽ (Si അല്ലെങ്കിൽ SiC) ഒരു ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഫിലിം (SiO₂ അല്ലെങ്കിൽ Si₃N₄) രൂപം കൊള്ളുന്നു.
-
വേഫർ ബോണ്ടിംഗ്– SiC വേഫറും കാരിയർ വേഫറും ഉയർന്ന താപനിലയിലോ പ്ലാസ്മ സഹായത്തിലോ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.
-
നേർത്തതാക്കൽ & മിനുക്കൽ– SiC ഡോണർ വേഫർ കുറച്ച് മൈക്രോമീറ്ററുകളായി കനംകുറച്ച് മിനുസമാർന്ന ഒരു ഉപരിതലം നേടുന്നതിന് മിനുസപ്പെടുത്തുന്നു.
-
അന്തിമ പരിശോധന- പൂർത്തിയാക്കിയ SICOI വേഫർ കനം ഏകത, ഉപരിതല പരുക്കൻത, ഇൻസുലേഷൻ പ്രകടനം എന്നിവയ്ക്കായി പരിശോധിക്കുന്നു.
ഈ പ്രക്രിയയിലൂടെ, ഒരുനേർത്ത സജീവ SiC പാളിമികച്ച ഇലക്ട്രിക്കൽ, തെർമൽ ഗുണങ്ങളുള്ള ഇത് ഒരു ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഫിലിമും ഒരു സപ്പോർട്ട് സബ്സ്ട്രേറ്റും സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് അടുത്ത തലമുറയിലെ പവർ, RF ഉപകരണങ്ങൾക്കായി ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഒരു പ്ലാറ്റ്ഫോം സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
SICOI വേഫറുകളുടെ പ്രധാന ഗുണങ്ങൾ
| ഫീച്ചർ വിഭാഗം | സാങ്കേതിക സവിശേഷതകൾ | പ്രധാന നേട്ടങ്ങൾ |
|---|---|---|
| മെറ്റീരിയൽ ഘടന | 4H/6H-SiC സജീവ പാളി + ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഫിലിം (SiO₂/Si₃N₄) + Si അല്ലെങ്കിൽ SiC കാരിയർ | ശക്തമായ വൈദ്യുത ഒറ്റപ്പെടൽ കൈവരിക്കുന്നു, പരാദ ഇടപെടൽ കുറയ്ക്കുന്നു. |
| വൈദ്യുത ഗുണങ്ങൾ | ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൌൺ ശക്തി (>3 MV/cm), കുറഞ്ഞ ഡൈഇലക്ട്രിക് നഷ്ടം | ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ്, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി പ്രവർത്തനത്തിനായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തു. |
| താപ ഗുണങ്ങൾ | 4.9 W/cm·K വരെ താപ ചാലകത, 500°C ന് മുകളിൽ സ്ഥിരതയുള്ളത് | ഫലപ്രദമായ താപ വിസർജ്ജനം, കഠിനമായ താപ ലോഡുകളിൽ മികച്ച പ്രകടനം |
| മെക്കാനിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ | ഉയർന്ന കാഠിന്യം (മോഹ്സ് 9.5), കുറഞ്ഞ താപ വികാസ ഗുണകം | സമ്മർദ്ദത്തെ പ്രതിരോധിക്കുന്നു, ഉപകരണത്തിന്റെ ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു |
| ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം | അൾട്രാ-സ്മൂത്ത് പ്രതലം (Ra <0.2 nm) | തകരാറുകളില്ലാത്ത എപ്പിറ്റാക്സിയും വിശ്വസനീയമായ ഉപകരണ നിർമ്മാണവും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു. |
| ഇൻസുലേഷൻ | റെസിസ്റ്റിവിറ്റി >10¹⁴ Ω·സെ.മീ, കുറഞ്ഞ ലീക്കേജ് കറന്റ് | RF, ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഇൻസുലേഷൻ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ വിശ്വസനീയമായ പ്രവർത്തനം |
| വലുപ്പവും ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കലും | 4, 6, 8 ഇഞ്ച് ഫോർമാറ്റുകളിൽ ലഭ്യമാണ്; SiC കനം 1–100 μm; ഇൻസുലേഷൻ 0.1–10 μm | വ്യത്യസ്ത ആപ്ലിക്കേഷൻ ആവശ്യകതകൾക്ക് അനുയോജ്യമായ ഫ്ലെക്സിബിൾ ഡിസൈൻ |
പ്രധാന ആപ്ലിക്കേഷൻ മേഖലകൾ
| ആപ്ലിക്കേഷൻ മേഖല | സാധാരണ ഉപയോഗ കേസുകൾ | പ്രകടന നേട്ടങ്ങൾ |
|---|---|---|
| പവർ ഇലക്ട്രോണിക്സ് | ഇവി ഇൻവെർട്ടറുകൾ, ചാർജിംഗ് സ്റ്റേഷനുകൾ, വ്യാവസായിക പവർ ഉപകരണങ്ങൾ | ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൗൺ വോൾട്ടേജ്, കുറഞ്ഞ സ്വിച്ചിംഗ് നഷ്ടം |
| ആർഎഫ് & 5G | ബേസ് സ്റ്റേഷൻ പവർ ആംപ്ലിഫയറുകൾ, മില്ലിമീറ്റർ-വേവ് ഘടകങ്ങൾ | കുറഞ്ഞ പരാദശക്തി, GHz-റേഞ്ച് പ്രവർത്തനങ്ങളെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു |
| MEMS സെൻസറുകൾ | കഠിനമായ പരിസ്ഥിതി സമ്മർദ്ദ സെൻസറുകൾ, നാവിഗേഷൻ-ഗ്രേഡ് MEMS | ഉയർന്ന താപ സ്ഥിരത, വികിരണ പ്രതിരോധം |
| എയ്റോസ്പേസും പ്രതിരോധവും | ഉപഗ്രഹ ആശയവിനിമയങ്ങൾ, ഏവിയോണിക്സ് പവർ മൊഡ്യൂളുകൾ | അങ്ങേയറ്റത്തെ താപനിലയിലും റേഡിയേഷൻ എക്സ്പോഷറിലും വിശ്വാസ്യത |
| സ്മാർട്ട് ഗ്രിഡ് | HVDC കൺവെർട്ടറുകൾ, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകൾ | ഉയർന്ന ഇൻസുലേഷൻ വൈദ്യുതി നഷ്ടം കുറയ്ക്കുന്നു |
| ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക്സ് | UV LED-കൾ, ലേസർ സബ്സ്ട്രേറ്റുകൾ | ഉയർന്ന ക്രിസ്റ്റലിൻ ഗുണനിലവാരം കാര്യക്ഷമമായ പ്രകാശ ഉദ്വമനത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു |
4H-SiCOI യുടെ നിർമ്മാണം
4H-SiCOI വേഫറുകളുടെ ഉത്പാദനം ഇനിപ്പറയുന്നവയിലൂടെ നേടാംവേഫർ ബോണ്ടിംഗ്, നേർത്തതാക്കൽ പ്രക്രിയകൾ, ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഇന്റർഫേസുകളും വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്ത SiC സജീവ പാളികളും പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.
-
a: 4H-SiCOI മെറ്റീരിയൽ പ്ലാറ്റ്ഫോം നിർമ്മാണത്തിന്റെ സ്കീമാറ്റിക്.
-
b: ബോണ്ടിംഗും കനംകുറയ്ക്കലും ഉപയോഗിക്കുന്ന 4 ഇഞ്ച് 4H-SiCOI വേഫറിന്റെ ചിത്രം; വൈകല്യ മേഖലകൾ അടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.
-
c: 4H-SiCOI അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ കനം ഏകീകൃത സ്വഭാവം.
-
d: ഒരു 4H-SiCOI ഡൈയുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ചിത്രം.
-
e: ഒരു SiC മൈക്രോഡിസ്ക് റെസൊണേറ്റർ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രക്രിയാ പ്രവാഹം.
-
f: പൂർത്തിയായ ഒരു മൈക്രോഡിസ്ക് റെസൊണേറ്ററിന്റെ SEM.
-
g: റെസൊണേറ്റർ സൈഡ്വാൾ കാണിക്കുന്ന വലുതാക്കിയ SEM; AFM ഇൻസെറ്റ് നാനോസ്കെയിൽ ഉപരിതല സുഗമതയെ ചിത്രീകരിക്കുന്നു.
-
h: പരാബോളിക് ആകൃതിയിലുള്ള മുകൾഭാഗത്തെ ചിത്രീകരിക്കുന്ന ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ SEM.
SICOI വേഫറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള പതിവ് ചോദ്യങ്ങൾ
ചോദ്യം 1: പരമ്പരാഗത SiC വേഫറുകളെ അപേക്ഷിച്ച് SICOI വേഫറുകൾക്ക് എന്തൊക്കെ ഗുണങ്ങളാണുള്ളത്?
A1: സ്റ്റാൻഡേർഡ് SiC സബ്സ്ട്രേറ്റുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, SICOI വേഫറുകളിൽ പരാദ കപ്പാസിറ്റൻസും ചോർച്ച പ്രവാഹങ്ങളും കുറയ്ക്കുന്ന ഒരു ഇൻസുലേറ്റിംഗ് പാളി ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത, മികച്ച ഫ്രീക്വൻസി പ്രതികരണം, മികച്ച താപ പ്രകടനം എന്നിവയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.
Q2: സാധാരണയായി ലഭ്യമായ വേഫർ വലുപ്പങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?
A2: SICOI വേഫറുകൾ സാധാരണയായി 4-ഇഞ്ച്, 6-ഇഞ്ച്, 8-ഇഞ്ച് ഫോർമാറ്റുകളിലാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്, ഉപകരണ ആവശ്യകതകൾ അനുസരിച്ച് ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കിയ SiC, ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ലെയർ കനവും ലഭ്യമാണ്.
ചോദ്യം 3: SICOI വേഫറുകളിൽ നിന്ന് ഏറ്റവും കൂടുതൽ പ്രയോജനം ലഭിക്കുന്ന വ്യവസായങ്ങൾ ഏതാണ്?
A3: ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾക്കുള്ള പവർ ഇലക്ട്രോണിക്സ്, 5G നെറ്റ്വർക്കുകൾക്കുള്ള RF ഇലക്ട്രോണിക്സ്, എയ്റോസ്പേസ് സെൻസറുകൾക്കുള്ള MEMS, UV LED-കൾ പോലുള്ള ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക്സ് എന്നിവയാണ് പ്രധാന വ്യവസായങ്ങൾ.
ചോദ്യം 4: ഇൻസുലേറ്റിംഗ് പാളി ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രകടനം എങ്ങനെ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു?
A4: ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഫിലിം (SiO₂ അല്ലെങ്കിൽ Si₃N₄) കറന്റ് ചോർച്ച തടയുകയും ഇലക്ട്രിക്കൽ ക്രോസ്-ടോക്ക് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് സഹിഷ്ണുത, കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായ സ്വിച്ചിംഗ്, താപ നഷ്ടം കുറയ്ക്കൽ എന്നിവ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.
ചോദ്യം 5: ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് SICOI വേഫറുകൾ അനുയോജ്യമാണോ?
A5: അതെ, ഉയർന്ന താപ ചാലകതയും 500°C-ൽ കൂടുതലുള്ള പ്രതിരോധവും ഉള്ളതിനാൽ, SICOI വേഫറുകൾ കടുത്ത ചൂടിലും കഠിനമായ അന്തരീക്ഷത്തിലും വിശ്വസനീയമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നു.
Q6: SICOI വേഫറുകൾ ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കാൻ കഴിയുമോ?
A6: തീർച്ചയായും. വൈവിധ്യമാർന്ന ഗവേഷണ, വ്യാവസായിക ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിനായി നിർമ്മാതാക്കൾ നിർദ്ദിഷ്ട കനം, ഡോപ്പിംഗ് ലെവലുകൾ, സബ്സ്ട്രേറ്റ് കോമ്പിനേഷനുകൾ എന്നിവയ്ക്കായി പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഡിസൈനുകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.










