ຊິລິກອນຄາໄບ Epitaxy: ຫຼັກການຂະບວນການ, ການຄວບຄຸມຄວາມໜາ, ແລະສິ່ງທ້າທາຍກ່ຽວກັບຂໍ້ບົກຜ່ອງ

ການແບ່ງສ່ວນຂອງຊິລິກອນຄາໄບ (SiC) ເປັນຈຸດໃຈກາງຂອງການປະຕິວັດເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານທີ່ທັນສະໄໝ. ຕັ້ງແຕ່ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າຈົນເຖິງລະບົບພະລັງງານທົດແທນ ແລະ ລະບົບຂັບເຄື່ອນອຸດສາຫະກໍາແຮງດັນສູງ, ປະສິດທິພາບ ແລະ ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຂອງອຸປະກອນ SiC ແມ່ນຂຶ້ນກັບການອອກແບບວົງຈອນໜ້ອຍກວ່າສິ່ງທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຜລຶກສອງສາມໄມໂຄຣແມັດໃນໜ້າດິນເວເຟີ. ບໍ່ເຫມືອນກັບຊິລິກອນ, ບ່ອນທີ່ການແບ່ງສ່ວນຂອງຕົວເປັນຂະບວນການທີ່ເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່ ແລະ ຍອມຮັບໄດ້, ການແບ່ງສ່ວນຂອງ SiC ເປັນການຝຶກຊ້ອມທີ່ຊັດເຈນ ແລະ ບໍ່ຍອມຮັບໄດ້ໃນການຄວບຄຸມຂະໜາດອະຕອມ.

ບົດຄວາມນີ້ສຳຫຼວດວິທີການຊັ້ນອີພິແທັກຊີ SiCວຽກງານ, ເປັນຫຍັງການຄວບຄຸມຄວາມໜາຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ, ແລະ ເປັນຫຍັງຂໍ້ບົກຜ່ອງຍັງຄົງເປັນໜຶ່ງໃນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ຍາກທີ່ສຸດໃນລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະໜອງ SiC ທັງໝົດ.

1. SiC Epitaxy ແມ່ນຫຍັງ ແລະ ເປັນຫຍັງມັນຈຶ່ງສຳຄັນ?

Epitaxy ໝາຍເຖິງການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນຜລຶກທີ່ມີການຈັດລຽງຂອງອະຕອມຕາມລຳດັບຊັ້ນທີ່ຢູ່ລຸ່ມ. ໃນອຸປະກອນພະລັງງານ SiC, ຊັ້ນ epitaxial ນີ້ປະກອບເປັນພາກພື້ນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວບ່ອນທີ່ມີການກຳນົດພຶດຕິກຳການສະກັດກັ້ນແຮງດັນ, ການນຳກະແສໄຟຟ້າ, ແລະ ການປ່ຽນ.

ບໍ່ເຫມືອນກັບອຸປະກອນຊິລິໂຄນ, ເຊິ່ງມັກຈະອີງໃສ່ການເສີມແຮງດັນໃນປະລິມານຫຼາຍ, ອຸປະກອນ SiC ແມ່ນຂຶ້ນກັບຊັ້ນ epitaxial ທີ່ມີຄວາມໜາ ແລະ ໂປຣໄຟລ໌ການເສີມແຮງດັນທີ່ຖືກອອກແບບຢ່າງລະມັດລະວັງ. ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຄວາມໜາຂອງ epitaxial ພຽງແຕ່ໜຶ່ງໄມໂຄຣແມັດສາມາດປ່ຽນແປງແຮງດັນໄຟຟ້າແຕກຫັກ, ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ກະແສໄຟຟ້າ, ແລະ ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືໃນໄລຍະຍາວໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

ສະຫຼຸບແລ້ວ, SiC epitaxy ບໍ່ແມ່ນຂະບວນການສະຫນັບສະຫນູນ - ມັນກໍານົດອຸປະກອນ.

2. ພື້ນຖານຂອງການເຕີບໂຕຂອງ SiC Epitaxial

ການແຍກສ່ວນ SiC ທາງການຄ້າສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ການລະເຫີຍໄອນ້ຳທາງເຄມີ (CVD) ທີ່ອຸນຫະພູມສູງຫຼາຍ, ໂດຍປົກກະຕິແມ່ນລະຫວ່າງ 1,500 °C ແລະ 1,650 °C. ອາຍແກັສ silane ແລະ hydrocarbon ຖືກນຳເຂົ້າໄປໃນເຕົາປະຕິກອນ, ບ່ອນທີ່ອະຕອມຊິລິໂຄນ ແລະ ຄາບອນເນົ່າເປື່ອຍ ແລະ ປະກອບເຂົ້າກັນໃໝ່ຢູ່ເທິງໜ້າແຜ່ນເວເຟີ.

ມີຫຼາຍປັດໃຈທີ່ເຮັດໃຫ້ SiC epitaxy ມີຄວາມສັບສົນຫຼາຍກ່ວາ silicon epitaxy:

• ພັນທະໂຄວາເລນທີ່ເຂັ້ມແຂງລະຫວ່າງຊິລິໂຄນແລະຄາບອນ

• ອຸນຫະພູມການເຕີບໂຕສູງໃກ້ກັບຂີດຈຳກັດຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງວັດສະດຸ

• ຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບຂັ້ນຕອນຂອງໜ້າດິນ ແລະ ການຕັດຜິດຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ

• ການມີຢູ່ຂອງ polytypes SiC ຫຼາຍອັນ

ເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມແຕກຕ່າງເລັກນ້ອຍໃນການໄຫຼຂອງອາຍແກັສ, ຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງອຸນຫະພູມ, ຫຼື ການກະກຽມພື້ນຜິວກໍ່ສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ແຜ່ລາມຜ່ານຊັ້ນ epitaxial.

3. ການຄວບຄຸມຄວາມໜາ: ເປັນຫຍັງໄມໂຄຣມິເຕີຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນ

ໃນອຸປະກອນພະລັງງານ SiC, ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial ກຳນົດຄວາມສາມາດຂອງແຮງດັນໂດຍກົງ. ຕົວຢ່າງ, ອຸປະກອນ 1,200 V ອາດຈະຕ້ອງການຊັ້ນ epitaxial ໜາພຽງແຕ່ສອງສາມໄມໂຄຣແມັດ, ໃນຂະນະທີ່ອຸປະກອນ 10 kV ສາມາດຕ້ອງການຫຼາຍສິບໄມໂຄຣແມັດ.

ການບັນລຸຄວາມໜາທີ່ເປັນເອກະພາບໃນທົ່ວແຜ່ນເວເຟີຂະໜາດ 150 ມມ ຫຼື 200 ມມ ທັງໝົດແມ່ນສິ່ງທ້າທາຍດ້ານວິສະວະກຳທີ່ສຳຄັນ. ການປ່ຽນແປງທີ່ນ້ອຍເຖິງ ±3% ສາມາດນຳໄປສູ່:

• ການແຈກຢາຍສະໜາມໄຟຟ້າບໍ່ສະໝໍ່າສະເໝີ

• ອັດຕາສ່ວນແຮງດັນໄຟຟ້າແຕກຫັກຫຼຸດລົງ

• ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງກັນຂອງປະສິດທິພາບລະຫວ່າງອຸປະກອນ

ການຄວບຄຸມຄວາມໜາແມ່ນມີຄວາມສັບສົນຕື່ມອີກຍ້ອນຄວາມຕ້ອງການຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມທີ່ຊັດເຈນ. ໃນ SiC epitaxy, ຄວາມໜາ ແລະ ການເສີມແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັນຢ່າງແໜ້ນແຟ້ນ - ການປັບອັນໜຶ່ງມັກຈະສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ອີກອັນໜຶ່ງ. ການເພິ່ງພາອາໄສເຊິ່ງກັນແລະກັນນີ້ບັງຄັບໃຫ້ຜູ້ຜະລິດດຸ່ນດ່ຽງອັດຕາການເຕີບໂຕ, ຄວາມສະເໝີພາບ ແລະ ຄຸນນະພາບຂອງວັດສະດຸພ້ອມໆກັນ.

4. ຂໍ້ບົກຜ່ອງ: ສິ່ງທ້າທາຍທີ່ຍັງຄົງຄ້າງ

ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມກ້າວໜ້າຢ່າງໄວວາຂອງອຸດສາຫະກໍາ, ແຕ່ຂໍ້ບົກຜ່ອງຍັງຄົງເປັນອຸປະສັກຫຼັກໃນ SiC epitaxy. ບາງປະເພດຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ສໍາຄັນທີ່ສຸດລວມມີ:

• ການເຄື່ອນທີ່ຂອງລະນາບພື້ນຖານ, ເຊິ່ງສາມາດຂະຫຍາຍອອກໃນລະຫວ່າງການໃຊ້ງານຂອງອຸປະກອນ ແລະ ເຮັດໃຫ້ເກີດການເສື່ອມສະພາບຂອງໄບໂພລາ

• ຄວາມຜິດພາດຂອງການຊ້ອນກັນ, ມັກຈະຖືກກະຕຸ້ນໃນລະຫວ່າງການເຕີບໃຫຍ່ຂອງ epitaxial

• ໄມໂຄຣທໍ່, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຫຼຸດລົງໃນວັດສະດຸກໍ່ສ້າງທີ່ທັນສະໄໝ ແຕ່ຍັງມີອິດທິພົນຕໍ່ຜົນຜະລິດ

• ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງແຄລອດ ແລະ ຂໍ້ບົກຜ່ອງສາມຫຼ່ຽມ, ເຊື່ອມໂຍງກັບຄວາມບໍ່ໝັ້ນຄົງຂອງການເຕີບໂຕໃນທ້ອງຖິ່ນ

ສິ່ງທີ່ເຮັດໃຫ້ຂໍ້ບົກຜ່ອງດ້ານ epitaxial ມີບັນຫາໂດຍສະເພາະແມ່ນວ່າຫຼາຍຢ່າງມີຕົ້ນກຳເນີດມາຈາກຊັ້ນໃຕ້ດິນ ແຕ່ພັດທະນາໃນລະຫວ່າງການເຕີບໃຫຍ່. ແຜ່ນ wafer ທີ່ຍອມຮັບໄດ້ຢ່າງເຫັນໄດ້ຊັດສາມາດພັດທະນາຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທາງໄຟຟ້າໄດ້ພຽງແຕ່ຫຼັງຈາກ epitaxyl, ເຮັດໃຫ້ການກວດຫາໃນໄລຍະຕົ້ນໆມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກ.

5. ບົດບາດຂອງຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນ

Epitaxy ບໍ່ສາມາດຊົດເຊີຍຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ບໍ່ດີໄດ້. ຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວ, ມຸມຕັດທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງ, ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຄື່ອນທີ່ຂອງລະນາບພື້ນຖານລ້ວນແຕ່ມີອິດທິພົນຕໍ່ຜົນໄດ້ຮັບຂອງ epitaxial ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

ເມື່ອເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງແຜ່ນເວເຟີເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 150 ມມ ເປັນ 200 ມມ ແລະ ຫຼາຍກວ່ານັ້ນ, ການຮັກສາຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ເປັນເອກະພາບຈະກາຍເປັນເລື່ອງຍາກ. ເຖິງແມ່ນວ່າການປ່ຽນແປງເລັກນ້ອຍໃນທົ່ວແຜ່ນເວເຟີກໍ່ສາມາດແປເປັນຄວາມແຕກຕ່າງອັນໃຫຍ່ຫຼວງໃນພຶດຕິກຳຂອງແຜ່ນ epitaxial, ເພີ່ມຄວາມສັບສົນຂອງຂະບວນການ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຜົນຜະລິດໂດຍລວມ.

ການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ແໜ້ນໜາລະຫວ່າງຊັ້ນວາງ ແລະ epitaxy ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນໜຶ່ງທີ່ລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະໜອງ SiC ມີການເຊື່ອມໂຍງແນວຕັ້ງຫຼາຍກວ່າຄູ່ຮ່ວມງານຊິລິໂຄນຂອງມັນ.

6. ສິ່ງທ້າທາຍໃນການປັບຂະໜາດແຜ່ນເວເຟີຂະໜາດໃຫຍ່ກວ່າ

ການຫັນປ່ຽນໄປສູ່ແຜ່ນ SiC ຂະໜາດໃຫຍ່ເຮັດໃຫ້ທຸກໆສິ່ງທ້າທາຍດ້ານ epitaxial ເພີ່ມຂຶ້ນ. ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມກາຍເປັນເລື່ອງຍາກທີ່ຈະຄວບຄຸມ, ຄວາມສະເໝີພາບຂອງການໄຫຼຂອງອາຍແກັສກາຍເປັນຄວາມອ່ອນໄຫວຫຼາຍຂຶ້ນ, ແລະເສັ້ນທາງການແຜ່ກະຈາຍຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງຍາວຂຶ້ນ.

ໃນເວລາດຽວກັນ, ຜູ້ຜະລິດອຸປະກອນພະລັງງານຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຂໍ້ກຳນົດທີ່ເຂັ້ມງວດກວ່າ: ການຈັດອັນດັບແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ຕ່ຳກວ່າ, ແລະ ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງແຜ່ນ wafer-to-wafer ທີ່ດີກວ່າ. ດັ່ງນັ້ນ, ລະບົບ Epitaxy ຕ້ອງບັນລຸການຄວບຄຸມທີ່ດີກວ່າໃນຂະນະທີ່ເຮັດວຽກໃນລະດັບທີ່ບໍ່ເຄີຍຄາດຄິດໄວ້ໃນເບື້ອງຕົ້ນສຳລັບ SiC.

ຄວາມເຄັ່ງຕຶງນີ້ໄດ້ກຳນົດນະວັດຕະກໍາໃນປະຈຸບັນຫຼາຍຢ່າງໃນການອອກແບບເຄື່ອງປະຕິກອນ epitaxial ແລະການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຂະບວນການ.

7. ເປັນຫຍັງ SiC Epitaxy ຈຶ່ງກຳນົດເສດຖະສາດອຸປະກອນ

ໃນການຜະລິດຊິລິໂຄນ, epitaxy ມັກຈະເປັນລາຍການຕົ້ນທຶນ. ໃນການຜະລິດ SiC, ມັນເປັນຕົວຂັບເຄື່ອນມູນຄ່າ.

ຜົນຕອບແທນຂອງ Epitaxial ກຳນົດໂດຍກົງວ່າແຜ່ນເວເຟີຈຳນວນເທົ່າໃດທີ່ສາມາດເຂົ້າສູ່ການຜະລິດອຸປະກອນ, ແລະອຸປະກອນສຳເລັດຮູບຈຳນວນເທົ່າໃດທີ່ຕອບສະໜອງໄດ້ຕາມສະເປັກ. ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງ ຫຼື ການປ່ຽນແປງຄວາມໜາເລັກນ້ອຍສາມາດແປເປັນການຫຼຸດຜ່ອນຕົ້ນທຶນທີ່ສຳຄັນໃນລະດັບລະບົບ.

ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ຄວາມກ້າວຫນ້າໃນ SiC epitaxy ມັກຈະມີຜົນກະທົບຫຼາຍຕໍ່ການຮັບຮອງເອົາຕະຫຼາດກ່ວາຄວາມກ້າວຫນ້າໃນການອອກແບບອຸປະກອນເອງ.

8. ຫລຽວເບິ່ງໄປຂ້າງໜ້າ

ການແຍກສ່ວນຂອງ SiC ກຳລັງກ້າວໄປຈາກສິລະປະໄປສູ່ວິທະຍາສາດຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ແຕ່ມັນຍັງບໍ່ທັນຮອດຄວາມສຳເລັດຂອງຊິລິໂຄນເທື່ອ. ຄວາມຄືບໜ້າຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຈະຂຶ້ນກັບການຕິດຕາມກວດກາໃນສະຖານທີ່ທີ່ດີຂຶ້ນ, ການຄວບຄຸມຊັ້ນຮອງທີ່ເຂັ້ມງວດກວ່າ, ແລະຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າກ່ຽວກັບກົນໄກການສ້າງຂໍ້ບົກຜ່ອງ.

ໃນຂະນະທີ່ເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານຊຸກຍູ້ໄປສູ່ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ສູງຂຶ້ນ, ອຸນຫະພູມທີ່ສູງຂຶ້ນ, ແລະມາດຕະຖານຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖືທີ່ສູງຂຶ້ນ, epitaxy ຈະຍັງຄົງເປັນຂະບວນການທີ່ງຽບສະຫງົບແຕ່ຕັດສິນທີ່ສ້າງອະນາຄົດຂອງເຕັກໂນໂລຊີ SiC.

ໃນທີ່ສຸດ, ປະສິດທິພາບຂອງລະບົບພະລັງງານລຸ້ນຕໍ່ໄປອາດຈະບໍ່ຖືກກຳນົດໂດຍແຜນວາດວົງຈອນ ຫຼື ນະວັດຕະກຳການຫຸ້ມຫໍ່, ແຕ່ໂດຍວິທີການວາງອະຕອມຢ່າງແນ່ນອນ - ຊັ້ນ epitaxial ໜຶ່ງຊັ້ນໃນແຕ່ລະຄັ້ງ.