Jaka jest orientacja podłoża SiC?

Ponieważ kryształ nie jest nieskończony, w końcu znajdzie się w płaszczyźnie.więc właściwości powierzchni mogą wpływać na właściwości urządzeniaTe właściwości powierzchniowe są zazwyczaj opisywane przez płaszczyznę kryształową lub kierunek kryształu.

1. Orientacja podłoża SiC

Orientacja kryształowa: kierunek wskazany przez linię pomiędzy dowolnymi dwoma atomami/cząsteczkami/jonami w komórce kryształowej nazywa się orientacją kryształową.
 

Płaszczyzna kryształowa: Płaszczyzna utworzona przez szereg atomów/cząsteczek/ionów nazywa się płaszczyzną kryształową.
 

Wskaźnik orientacji kryształu: Weź określony punkt O komórki jednostkowej jako źródło, ustawić oś współrzędnych X/Y/Z przez źródło O,przyjąć długość wektora siatki komórki jednostkowej jako jednostkę długości osi współrzędnych, zrobić prostą linię OP przez źródło O, wymagać punkt P być najbliższy do punktu O, i zrobić go równoległy do kierunku kryształu AB, określić trzy wartości współrzędnych punktu P,przekształcić trzy wartości w minimalną liczbę całkowitą u, v, w, plus nawiasy kwadratowe, [uvw] jest wskaźnikiem orientacji kryształowej AB do określenia.Kierunek kryształowy, w którym wszystkie kierunki wskazane przez wskaźnik są spójne i równoległe do siebie.

Grupa orientacji kryształowej: Atomy kryształowe są ułożone w tym samym zestawie kryształu do znany jako kryształ do rodziny, takich jak system kryształowy sześcienny, a / b / c trzy wartości są takie same,[111] płytka kryształowa do łącznie ośmiu do klanu ([111], [111], [1-11] i [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Wskazać tę grupę orientacyjną przez <111>. Podobnie grupa orientacyjna <100> zawiera sześć orientacji: [100], [010], [001],[-100],[0-10] i [00-1]Jeśli nie jest sześcienny, grupa orientacji może być inna poprzez zmianę kolejności wskaźnika orientacji.

2.Schematyczny schemat średnicy płytki C i Si, płaskości pierwotnej, płaskości wtórnej i pozycji oznakowania laserowego.

3Dlaczego <100> substraty krystaliczne są często używane do produkcji urządzeń zasilania, takich jak MOSFETy?

Urządzenia zasilania są zazwyczaj urządzeniami kanałowymi powierzchniowymi, a gęstość stanów wad powierzchniowych ma duży wpływ na napięcie progowe i niezawodność.Gęstość powierzchni atomowej (100) powierzchni kryształu jest najmniejsza, a odpowiadająca mu gęstość powierzchni atomowej stanów jest również najmniejsza.i mniej wad powstaje podczas utleniania powierzchni urządzenia.
 

Ze względu na niewielką gęstość (100) powierzchni kryształowej, jej szybkość utleniania termicznego i etsu jest stosunkowo szybka, liderzy procesu badań kierunku kryształu <100> są również więcej;
kierunek kryształu <110> jest kierunkiem o najwyższej mobilności elektronów w płytkach krzemowych, ponieważ atomy w kierunku kryształu <110> są stosunkowo blisko ułożone,i elektrony spotkają mniej przeszkód podczas poruszania się w tym kierunkuJednak atomy w kierunku kryształu <100> są rozmieszczone luźno, a elektrony będą utrudnione przez wiele przeszkód podczas poruszania się w tym kierunku,więc ruchliwość elektronów jest stosunkowo niskaChociaż płytki krzemowe o orientacji < 110> mają lepszą wydajność pod pewnymi względami,nie są często stosowane ze względu na ich ciasną strukturę siatki oraz wysoki koszt i trudności techniczne w cięciu płytek krzemowych na płytki orientacyjne < 110>.
 

W niektórych projektach układu urządzenia kierunek komórki lub kierunek polikrystalowy bramy nie jest prostopadły do kanału skryptowego, ale znajduje się w kącie 45 stopni z kanałem skryptowym,Celem jest, aby kierunek kanału kierunku kryształu był < 110>, zwiększyć mobilność nośników ładunku, zmniejszyć straty, oprócz różnego kierunku układu, ogólna spójność naprężeń płytki jest również korzystna.było coraz więcej urządzeń typu groove, a kierunek nośników ładunku kanału był prostopadły do płaszczyzny kryształowej, więc zmiana drugiego kierunku nie miała znaczenia pod względem poprawy mobilności.

Przed 40 nm procesy CMOS mają tendencję do wykorzystywania <100> substratów o orientacji krystalicznej.W tym kierunku., kanał PMOS jest najbardziej wrażliwy na obciążenia ciśnieniowe, dzięki czemu możliwość ruchu może być w największym stopniu poprawiona.Proces 28nm będzie wykorzystywać źródło wycieku germanium krzemu technologii naprężenia do optymalizacji ruchu otworu, które można poprawić o około 20% w kierunku kryształu <100>.płytki krzemowe są droższe i technicznie trudniejsze do cięcia na płytki orientacyjne < 110>.

4. Dlaczego urządzenia zasilania SiC są często wykonane z struktury krystalicznej 4H-SiC i płytek <0001>?

Wśród różnych typów kryształów SiC, 3C-SiC ma najniższą energię wiązania, najwyższą energię wolną od siatki i łatwe nukleacje, ale jest w stanie metastabilnym,o niskiej stabilności i łatwym przeniesieniu fazy stałej. Przejście fazowe jest bardziej prawdopodobne pod wpływem warunków zewnętrznych.3C-SiC może przejść transformację fazową i stać się innymi formami krystalicznymi.

Poniżej przedstawiono szczegółowe porównanie różnicy wydajności między 4H-SiC a 6H-SiC, aby dowiedzieć się, dlaczego urządzenia zasilania SiC często używają struktury krystalicznej 4H-SiC:

Główne różnice między 4H SiC a 6H-SiC leżą w ich strukturze krystalicznej, właściwościach fizycznych i właściwościach elektrycznych.4H SiC ma kolejność układania ABCB i większą symetrię w porównaniu z układem ABABAB 6H-SiCTa różnica symetrii wpływa na proces wzrostu kryształu, co powoduje mniejszą gęstość defektów 4H-sic i lepszą jakość kryształu.4H-SiC wykazuje wyższą przewodność cieplną wzdłuż osi C i większą mobilność nośnika, dzięki czemu nadaje się do zastosowań o wysokiej częstotliwości i wysokiej mocy, takich jak MOSFET, diody Schottkygo i tranzystory dwubiegunowe.6H-SiC ma mniejsze wady głębokiego poziomu i niższy współczynnik rekombinacji nośnika, który jest bardziej odpowiedni do zastosowań wysokiej jakości podłoża, takich jak zastosowania wysokiej jakości podłoża, wzrost epitaksjalny i produkcja urządzeń elektronicznych.Wybór między dwiema strukturami krystalicznymi zależy od specyficznych wymagań urządzenia półprzewodnikowego i jego zamierzonego zastosowania.

5. Dlaczego orientacja płytki urządzeń zasilania SiC jest często <0001>?

Zgodnie z analizą orientacji krystalicznej krzemu, struktura krystaliczna 4H-SiC <0001> ma następujące zalety:

Zalety struktury kryształowej:

Struktura płytki materiału SiC ma dobre dopasowanie sieci w kierunku kryształu <0001>, co umożliwia wysoką jakość kryształu i integralność płytki w procesie wzrostu i produkcji płytki.

Orientacja <0001> może tworzyć powierzchnię wiązania Si-C o niskiej gęstości stanów interfacy, co sprzyja uzyskaniu wysokiej jakości interfejsu SiC-SiO2.

Powierzchnia kierunku kryształu <0001> jest stosunkowo płaska, co sprzyja uzyskaniu wysokiej jakości wzrostu folii epitaksjalnej.gęstość atomów węgla w kierunku krystalicznym <0001> jest większa, co sprzyja uzyskaniu wyższej intensywności pola elektrycznego rozpadu, co jest bardzo ważne dla zapewnienia niezawodności izolacji urządzenia.

Zalety przewodzenia cieplnego:

Materiał SiC ma bardzo wysoką przewodność cieplną, co umożliwia bardziej efektywne rozpraszanie ciepła podczas pracy urządzeń energetycznych.który dodatkowo zwiększa wydajność rozpraszania ciepła układu i pomaga poprawić gęstość mocy i niezawodność urządzenia zasilania.

Zalety wydajności urządzenia: płytka SiC <0001> może osiągać niższy prąd przecieku i wyższe napięcie awaryjne.płytka SiC ma również większą mobilność nośnika i duży efekt spontanicznej polaryzacji, który może być używany do zwiększenia gęstości elektronów kanału MOSFET, poprawy prądu przewodzącego w stanie przewodzenia,i pomagają poprawić prędkość przełączania i częstotliwość działania urządzenia.