Blog Ayrıntıları

Silikon karbid (SiC) substratları, daha yüksek voltajlarda, daha yüksek sıcaklıklarda,ve geleneksel silikon tabanlı teknolojilerden daha yüksek verimlilikGüç elektronikleri, RF iletişimleri ve ortaya çıkan kuantum ve algılama alanlarında SiC'nin benimsenmesi hızlandıkça, substrat seçimi kritik bir erken tasarım kararı haline geldi.

En sık kullanılanlar arasındaSiC substratıN-tip iletken SiC ve Yüksek Saflıklı Yarı yalıtımlı (HPSI) SiC çok farklı amaçlara hizmet eder. Kristal yapısı ve yüzey finişi açısından benzer görünebilirler.Elektrik davranışları, kusur toleransı ve hedef uygulamalar temelde farklılık gösterir.

Bu makale, N-tip ve N-tip motorlarının açık, uygulama odaklı bir karşılaştırmasını sunar.HPSI SiC substratları, mühendislere, araştırmacılara ve satın alma ekiplerine pazarlama terminolojisine değil, cihaz gereksinimlerine dayanan bilinçli kararlar vermelerine yardımcı olur.

1. SiC Substrate Temelleri Anlamak

N-tip ve HPSI SiC'yi karşılaştırmadan önce, ortak noktalarını netleştirmek yararlıdır.

Ticari SiC substratlarının çoğu şunlardır:

• Fiziksel Buhar Taşıma (PVT) ile yetiştirilen tek kristal malzemeler

• Tipik olarak 4H-SiC politipi, üstün elektron hareketliliği ve bant yapısı nedeniyle

• 4 inç'ten 8 inç'e kadar çapta mevcuttur, şu anda seri üretime hakim olan 6 inç

Substrat türleri arasındaki temel farklılık kristal ızgarada değil, kasıtlı kirlilik kontrolünde ve elektrik direncinde yatmaktadır.

2N-Tip SiC Nedir?

2.1 Tanımlama ve Doping Mekanizması

N-tip SiC substratları kasıtlı olarak donör kirliliklerle, en yaygın olarak azot (N) ile dopan edilir.Altyapının elektrikle iletken olmasını sağlamak.

Tipik özellikler:

• Direnç: ~0.01~0.1 Ω·cm

• Çoğu taşıyıcı: Elektronlar

• İletici davranış: Geniş bir sıcaklık aralığında istikrarlıdır

2.2 Neden İletişimsellik Önemlidir

Birçok güç ve optoelektronik cihazda substrat sadece mekanik bir destek değildir.

• Akım iletme yolu

• Bir ısı dağıtım kanalı

• Referans elektrik potansiyeli

N-tip substratlar, akımın substratın kendisinden geçtiği dikey cihaz mimarilerini sağlar, cihaz tasarımını basitleştirir ve güvenilirliği artırır.

3HPSI SiC Nedir?

3.1 Tanımlama ve tazminat stratejisi

HPSI SiC (Yüksek Saflıklı Yarı yalıtımlı SiC), tipik olarak 107 ̊109 Ω · cm'den daha büyük olan son derece yüksek dirençli olmak üzere tasarlanmıştır.Üreticiler serbest taşıyıcıları bastırmak için geri kalan kirlilikleri ve içsel kusurları dikkatlice dengeler..

Bu, aşağıdakiler yoluyla başarılır:

• Ultra düşük arka plan dopingi

• Vericiler ve alıcılar arasındaki tazminat

• Kristal büyüme koşullarının sıkı kontrolü

3.2 Bir özellik olarak elektrik yalıtımı

N tipi substratların aksine, HPSI SiC, akım akışını bloke etmek için tasarlanmıştır.

• Elektrikli yalıtım

• Düşük parazitik iletkenlik

• Yüksek frekanslarda sabit RF performansı

RF ve mikrodalga cihazlarda istenmeyen alt katman iletkenliği doğrudan cihaz verimliliğini ve sinyal bütünlüğünü düşürür.

4Yan yana karşılaştırma

5Uygulama Yönlendirilen Seçim Rehberi

5.1 Güç Elektronikleri: N Tipi için Açık Avantaj

Tipik cihazlar:

• SiC MOSFET'ler

• Schottky Bariyer Diyotları (SBD)

• PiN diyotları

• EV'ler ve şarj altyapısı için güç modülleri

N tipi neden en iyi şekilde çalışır:

• Dikey akım akışını destekler

• Düşük direnç sağlar

• Sıcaklık dağılımı için mükemmel bir ısı iletkenliği sunar

HPSI SiC'yi güç cihazlarında kullanmak gereksiz elektrik direnci ve cihaz tasarımını karmaşık hale getirir.

Karar:
N Tipi SiC, güç elektronikleri için endüstri standardıdır.

5.2 RF ve Mikrodalga Aygıtları: HPSI Çok Önemlidir

Tipik cihazlar:

• GaN-on-SiC RF HEMT'leri

• Mikrodalga güç güçlendirici

• Radar ve uydu iletişim bileşenleri

Neden HPSI kritik:

• Substrata RF sinyali kaybını en aza indirir

• Parazit kapasitesini azaltır.

• Kazanç, doğrusallık ve güç verimliliğini arttırır

RF uygulamalarında, küçük bir substrat iletkenliği bile yüksek frekanslarda performans bozulmasına yol açabilir.

Karar:

HPSI SiC, RF ve mikrodalga sistemleri için tercih edilen seçimdir

5.3 Optoelektronik ve Algılama: Duruma göre.

Uygulamalar:

• UV fotodetektörleri

• Yüksek sıcaklık sensörleri

• Uzman optoelektronik yapılar

aşağıdakilere bağlı olarak N tipi veya yarı yalıtım altyapıları kullanabilir:

• Cihaz mimarisi

• Sinyal-gürültü şartları

• Diğer malzemelerle entegrasyon

Bu durumlarda, substrat seçimi genellikle sadece substrat tarafından değil, epitaksi ve devreler tasarım aşamasında belirlenir.

6Güvenilirlik, Kusurlar ve Üretim Düşünceleri

Üretim açısından, her iki substrat türü de sıkı kalite gereksinimlerini karşılamalıdır:

• Düşük mikro boru yoğunluğu

• Kontrolü alt düzlem dislokasyonları (BPD)

• Tekdüze direnç ve kalınlık

Bununla birlikte, HPSI substratları, istenmeyen taşıyıcıların direnci önemli ölçüde azaltabildiği için büyüme kusurlarına daha duyarlıdır.

• Daha düşük toplam verim

• Daha yüksek denetim ve nitelik maliyetleri

• Daha yüksek nihai fiyat

Buna karşılık, N tipi substratlar, yüksek hacimli üretim ortamlarında belirli kusur seviyelerine daha kolay katlanırlar.

7Maliyet ve Tedarik Zinciri Gerçekliği

Fiyatlandırma, wafer boyutuna ve kalitesine göre değişse de, genel eğilimler şu şekilde:

• N tipi SiC:

  • Daha olgun bir tedarik zinciri

  • Daha yüksek üretim hacmi

  • Wafer başına daha düşük maliyet

• HPSI SiC:

  • Sınırlı nitelikli tedarikçiler

  • Daha sıkı büyüme kontrolü

  • Daha yüksek maliyet ve daha uzun teslim süreleri

Ticari projeler için, bu faktörler genellikle teknik performans kadar altyapı seçimini etkiler.

8Doğru altyapıyı nasıl seçebilirsiniz?

Pratik bir karar çerçevesi:

1. Akım substratın içinden akıyor mu?
   → Evet → N tipi SiC

2. Elektrik yalıtımı cihazın performansı için kritik mi?
   → Evet → HPSI SiC

3. Uygulama RF, mikrodalga veya yüksek frekanslı mı?
   → Neredeyse her zaman → HPSI SiC

4. Büyük üretim hacmi ile maliyet duyarlılığı yüksek midir?
   → Muhtemelen → N tipi SiC

Sonuçlar

N tipi ve HPSI SiC substratları rekabet eden alternatifler değil, temel olarak farklı cihaz gereksinimleri için optimize edilmiş özel olarak inşa edilmiş malzemelerdir.N tipi SiC verimli güç iletimini ve ısı yönetimini sağlarHPSI SiC ise, sinyal bütünlüğünün çok önemli olduğu yüksek frekanslı ve RF uygulamaları için gerekli elektrik yalıtımını sağlar.

Bu ayrımları substrat düzeyinde anlamak, daha sonra geliştirme döngüsünde pahalı yeniden tasarımların önlenmesine yardımcı olur ve malzeme seçimlerinin uzun vadeli performans, güvenilirlik,ve ölçeklenebilirlik hedefleri.

SiC teknolojisinde, doğru substrat mevcut en iyi substrat değildir. Uygulama için en uygun olanıdır.