SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ प्रक्रियेचा मूलभूत परिचय

एपिटॅक्सियल लेयर ही एक विशिष्ट एकल क्रिस्टल फिल्म आहे जी एपिटॅक्सियल प्रक्रियेद्वारे वेफरवर उगवली जाते आणि सब्सट्रेट वेफर आणि एपिटॅक्सियल फिल्मला एपिटॅक्सियल वेफर म्हणतात. प्रवाहकीय सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटवर सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल लेयर वाढवून, सिलिकॉन कार्बाइड एकसंध एपिटॅक्सियल वेफर पुढे स्कॉटकी डायोड्स, MOSFETs, IGBTs आणि इतर पॉवर उपकरणांमध्ये तयार केले जाऊ शकते, ज्यामध्ये 4H-SiC सब्सट्रेट सर्वात जास्त वापरला जातो.

सिलिकॉन कार्बाइड पॉवर डिव्हाईस आणि पारंपारिक सिलिकॉन पॉवर डिव्हाईसच्या विविध उत्पादन प्रक्रियेमुळे, ते थेट सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल मटेरियलवर बनवले जाऊ शकत नाही. अतिरिक्त उच्च-गुणवत्तेचे एपिटॅक्सियल साहित्य प्रवाहकीय सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेटवर वाढले पाहिजे आणि एपिटॅक्सियल लेयरवर विविध उपकरणे तयार केली पाहिजेत. म्हणून, एपिटॅक्सियल लेयरच्या गुणवत्तेचा डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर मोठा प्रभाव असतो. वेगवेगळ्या उर्जा उपकरणांच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा देखील एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी, डोपिंग एकाग्रता आणि दोषांसाठी उच्च आवश्यकता पुढे ठेवते.

अंजीर. 1. डोपिंग एकाग्रता आणि युनिपोलर उपकरणाच्या एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी आणि ब्लॉकिंग व्होल्टेज यांच्यातील संबंध

एसआयसी एपिटॅक्सियल लेयरच्या तयारीच्या पद्धतींमध्ये प्रामुख्याने बाष्पीभवन वाढीची पद्धत, लिक्विड फेज एपिटॅक्सियल ग्रोथ (एलपीई), आण्विक बीम एपिटॅक्सियल ग्रोथ (एमबीई) आणि केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (सीव्हीडी) यांचा समावेश होतो. सध्या, रासायनिक वाष्प जमा करणे (CVD) ही कारखान्यांमध्ये मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी वापरली जाणारी मुख्य पद्धत आहे.

अंजीर. 2. एपिटॅक्सियल लेयरच्या मुख्य तयारी पद्धतींची तुलना

आकृती 2(b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे एका विशिष्ट झुकाव कोनासह ऑफ-अक्ष {0001} सब्सट्रेटवर, पायरीच्या पृष्ठभागाची घनता मोठी आहे, आणि पायरीच्या पृष्ठभागाचा आकार लहान आहे, आणि क्रिस्टल न्यूक्लिएशन करणे सोपे नाही. पायरीच्या पृष्ठभागावर उद्भवते, परंतु अधिक वेळा पायरीच्या विलीन बिंदूवर होते. या प्रकरणात, फक्त एक न्यूक्लीटिंग की आहे. म्हणून, एपिटॅक्सियल लेयर सब्सट्रेटच्या स्टॅकिंग ऑर्डरची उत्तम प्रकारे प्रतिकृती बनवू शकते, अशा प्रकारे बहु-प्रकारच्या सहअस्तित्वाची समस्या दूर करते.

अंजीर. 3. 4H-SiC स्टेप कंट्रोल एपिटॅक्सी पद्धतीचा भौतिक प्रक्रिया आकृती

अंजीर. 4. 4H-SiC चरण-नियंत्रित एपिटॅक्सी पद्धतीद्वारे CVD वाढीसाठी गंभीर परिस्थिती

अंजीर. 5. 4H-SiC epitaxy मध्ये वेगवेगळ्या सिलिकॉन स्त्रोतांखालील वाढीच्या दरांची तुलना

सध्या, सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सी तंत्रज्ञान कमी आणि मध्यम व्होल्टेज अनुप्रयोगांमध्ये (जसे की 1200 व्होल्ट उपकरणे) तुलनेने परिपक्व आहे. जाडीची एकसमानता, डोपिंग एकाग्रता एकसमानता आणि एपिटॅक्सियल लेयरचे दोष वितरण तुलनेने चांगल्या पातळीवर पोहोचू शकते, जे मुळात मध्यम आणि कमी व्होल्टेज एसबीडी (स्कॉटकी डायोड), एमओएस (मेटल ऑक्साईड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर), जेबीएस (जेबीएस) च्या गरजा पूर्ण करू शकते. जंक्शन डायोड) आणि इतर उपकरणे.

तथापि, उच्च दाबाच्या क्षेत्रात, एपिटॅक्सियल वेफर्सना अजूनही अनेक आव्हानांवर मात करणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, ज्या उपकरणांना 10,000 व्होल्टचा सामना करणे आवश्यक आहे, एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी सुमारे 100μm असणे आवश्यक आहे. लो-व्होल्टेज उपकरणांच्या तुलनेत, एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी आणि डोपिंग एकाग्रतेची एकसमानता खूप वेगळी आहे, विशेषत: डोपिंग एकाग्रतेची एकसमानता. त्याच वेळी, एपिटॅक्सियल लेयरमधील त्रिकोण दोष देखील डिव्हाइसची संपूर्ण कार्यक्षमता नष्ट करेल. हाय-व्होल्टेज ऍप्लिकेशन्समध्ये, उपकरण प्रकार द्विध्रुवीय उपकरणे वापरतात, ज्यांना एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये उच्च अल्पसंख्याक जीवनकाळ आवश्यक असतो, त्यामुळे अल्पसंख्याक जीवनकाळ सुधारण्यासाठी प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक आहे.

सध्या, घरगुती एपिटॅक्सी प्रामुख्याने 4 इंच आणि 6 इंच आहे आणि मोठ्या आकाराच्या सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सीचे प्रमाण दरवर्षी वाढत आहे. सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल शीटचा आकार प्रामुख्याने सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटच्या आकाराने मर्यादित असतो. सध्या, 6-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटचे व्यावसायिकीकरण झाले आहे, त्यामुळे सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल हळूहळू 4 इंच वरून 6 इंचांवर बदलत आहे. सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट तयार करण्याचे तंत्रज्ञान आणि क्षमता विस्तारामध्ये सतत सुधारणा केल्यामुळे, सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटची किंमत हळूहळू कमी होत आहे. एपिटॅक्सियल शीटच्या किमतीच्या संरचनेत, सब्सट्रेटचा खर्च 50% पेक्षा जास्त आहे, म्हणून सब्सट्रेटच्या किमतीत घट झाल्यामुळे, सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल शीटची किंमत देखील कमी होण्याची अपेक्षा आहे.