Szczegóły bloga

Substraty z węglanu krzemu (SiC) stały się podstawą dla nowej generacji elektroniki, umożliwiając urządzenia działające przy wyższych napięciach, wyższych temperaturach,i wyższą wydajność niż tradycyjne technologie na bazie krzemuWraz z przyspieszeniem wdrażania SiC w elektronikach mocy, komunikacji RF oraz wschodzących polach kwantowych i czujników, wybór podłoża stał się kluczową decyzją projektową.

Wśród najczęściej stosowanychSubstrat SiCSiC o przewodzącym charakterze typu N i SiC o wysokiej czystości półizolacyjnej (HPSI) służą bardzo różnym celom.ich zachowanie elektryczne, tolerancja wad i zastosowania docelowe różnią się zasadniczo.

Niniejszy artykuł przedstawia jasne, oparte na zastosowaniach porównanieSubstraty SiC HPSI, pomagając inżynierom, badaczom i zespołom zakupowym podejmować świadome decyzje w oparciu o wymagania urządzenia, a nie terminologię marketingową.

1Zrozumienie podstaw substratów SiC

Przed porównaniem SiC typu N i HPSI warto wyjaśnić, co mają wspólnego.

Większość komercyjnych substratów SiC to:

• Materiały jednokrystaliczne uprawiane za pomocą fizycznego transportu pary (PVT)

• Zazwyczaj polityp 4H-SiC, ze względu na jego wyższą mobilność elektronów i strukturę pasma

• Dostępne w średnicach od 4 do 8 cali, z 6 cali obecnie dominujących w produkcji masowej

Kluczowy różnik między typami podłoża nie leży w kryształowej siatce, ale w celowej kontroli zanieczyszczeń i rezystywności elektrycznej.

2Co to jest SiC typu N?

2.1 Definicja i mechanizm dopingu

Substraty SiC typu N są celowo dopingowane zanieczyszczeniami dawców, najczęściej azotem (N).o pojemności nieprzekraczającej 10 W.

Typowe właściwości:

• Odporność: ~0,01 ∼0,1 Ω·cm

• Większość nośników: elektrony

• Zachowanie przewodzące: stabilne w szerokim zakresie temperatur

2.2 Dlaczego przewodność ma znaczenie

W wielu urządzeniach energetycznych i optoelektronicznych podłoże jest nie tylko wsparciem mechanicznym.

• Trasa przewodzenia prądu

• Kanał rozpraszania ciepła

• Potencjał elektryczny odniesienia

Podłoże typu N umożliwiają tworzenie architektury urządzeń pionowych, w których prąd przepływa przez sam podłoże, uproszczając konstrukcję urządzenia i zwiększając niezawodność.

3Co to jest HPSI SiC?

3.1 Definicja i strategia wynagrodzeń

HPSI SiC (High-Purity Semi-Isolating SiC) jest zaprojektowany tak, aby miał niezwykle wysoką rezystywność, zazwyczaj większą niż 107109 Ω·cm.producenci starannie wyważają pozostałe zanieczyszczenia i wnętrzne wady w celu tłumienia wolnych nośników.

Osiąga się to poprzez:

• Ultra niskie doping w tle

• Odszkodowanie pomiędzy dawcami a odbiorcami

• Ścisła kontrola warunków wzrostu kryształów

3.2 Izolacja elektryczna jako cecha

W przeciwieństwie do podłoża typu N, HPSI SiC jest zaprojektowany do blokowania przepływu prądu.

• Izolacja elektryczna

• Niska przewodność pasożytnicza

• Stabilna wydajność RF przy wysokich częstotliwościach

W urządzeniach RF i mikrofalowych niepożądana przewodność podłoża bezpośrednio pogarsza wydajność urządzenia i integralność sygnału.

4Porównanie

5Przewodnik do wyboru opartego na aplikacjach

5.1 Elektryka energetyczna: wyraźna zaleta w porównaniu z typem N

Typowe urządzenia:

• SiC MOSFETy

• Diody barierowe Schottky'ego (SBD)

• Diody PiN

• Moduły zasilania dla pojazdów elektrycznych i infrastruktury ładowania

Dlaczego N-typ działa najlepiej:

• Wspiera bieg prądu pionowego

• Pozwala na niskie opory

• Oferuje doskonałą przewodność cieplną do rozpraszania ciepła

Wykorzystanie HPSI SiC w urządzeniach zasilania spowodowałoby niepotrzebny opór elektryczny i skomplikowanie konstrukcji urządzenia.

Wyrok:
N-Type SiC jest standardem przemysłowym dla elektroniki mocy

5.2 Urządzenia radiowe i mikrofalowe: HPSI jest niezbędne

Typowe urządzenia:

• HEMT RF GaN na SiC

• Zwiększacze mocy mikrofalowych

• Komponenty radarowe i satelitarne

Dlaczego HPSI jest krytyczne:

• Minimalizuje utratę sygnału RF w podłożu

• Zmniejsza pojemność pasożytniczą

• Poprawia zyski, liniowość i wydajność energetyczną

W zastosowaniach RF nawet niewielka przewodność podłoża może prowadzić do pogorszenia wydajności przy wysokich częstotliwościach.

Wyrok:

HPSI SiC jest preferowanym wyborem dla układów RF i mikrofalowych

5.3 Optoelektronika i czujniki: zależne od przypadku.

Zastosowania takie jak:

• Detektory fotowoltaiczne

• Czujniki wysokiej temperatury

• Specjalne optoelektroniczne konstrukcje

mogą stosować podłoże typu N lub półizolacyjne, w zależności od:

• Architektura urządzeń

• Wymagania dotyczące współczynnika sygnału i hałasu

• Integracja z innymi materiałami

W tych przypadkach wybór podłoża jest często określany na etapie epitaksii i projektowania obwodu, a nie tylko przez podłoże.

6Uważania dotyczące niezawodności, wad i wydajności

Z punktu widzenia produkcji oba typy podłoża muszą spełniać rygorystyczne wymagania jakościowe:

• Niska gęstość mikropiur

• Kontrolowane zwichnięcia płaszczyzny podstawnej (BPD)

• Jednolita rezystywność i grubość

Jednak substraty HPSI są bardziej wrażliwe na wady wzrostu, ponieważ niezamierzone nośniki mogą drastycznie zmniejszyć rezystywność.

• Mniejsza łączna wydajność

• Wyższe koszty kontroli i kwalifikacji

• Wyższa cena końcowa

Natomiast substraty typu N łatwiej tolerują pewne poziomy wad w środowiskach produkcji dużych objętości.

7. Realizacja kosztów i łańcucha dostaw

Podczas gdy ceny różnią się w zależności od wielkości i jakości płytek, ogólne trendy są następujące:

• SiC typu N:

  • Bardziej dojrzały łańcuch dostaw

  • Wyższe wielkości produkcji

  • Niższe koszty za płytkę

• HPSI SiC:

  • Ograniczeni dostawcy wykwalifikowani

  • Bardziej rygorystyczna kontrola wzrostu

  • Wyższe koszty i dłuższe terminy realizacji

W przypadku projektów komercyjnych czynniki te często wpływają na wybór podłoża tak samo jak na wydajność techniczną.

8. Jak wybrać odpowiedni podłoże

Praktyczne ramy decyzyjne:

1. Czy prąd powinien przepływać przez podłoże?
   → Tak → SiC typu N

2. Czy izolacja elektryczna ma kluczowe znaczenie dla wydajności urządzenia?
   → Tak → HPSI SiC

3. Czy jest to częstotliwość RF, mikrofalowa czy wysokiej?
   → Prawie zawsze → HPSI SiC

4. Czy w przypadku dużej wielkości produkcji jest wysoka wrażliwość na koszty?
   → Prawdopodobnie → SiC typu N

Wniosek

Substraty SiC typu N i HPSI nie są konkurencyjnymi alternatywami, ale specjalnie zaprojektowanymi materiałami zoptymalizowanymi dla zasadniczo różnych wymagań urządzenia.SiC typu N umożliwia efektywne przewodzenie energii i zarządzanie cieplneW przeciwieństwie do tego HPSI SiC zapewnia izolację elektryczną niezbędną do zastosowań wysokiej częstotliwości i RF, w których integralność sygnału ma zasadnicze znaczenie.

Zrozumienie tych różnic na poziomie podłoża pomaga zapobiec kosztownym przeprojektowaniom w późniejszym okresie cyklu rozwoju i zapewnia, że wybór materiałów jest zgodny z długoterminową wydajnością, niezawodnością,i celów skalowalności.

W technologii SiC odpowiedni podłoże nie jest najlepszym dostępnym, ale tym, które najlepiej pasuje do aplikacji.