SiC substratının yönelimi nedir?

Gerçek kristal sonsuz olmadığından, sonunda bir düzlemde biter.Dolayısıyla yüzeyin özellikleri cihazın özelliklerini etkileyebilir.Bu yüzey özellikleri genellikle kristal düzlemi veya kristal yönü ile tanımlanır.

1. SiC substratının yönelimi

Kristal yönelimi: Kristal hücredeki herhangi iki atom/molekül/yon arasındaki çizginin gösterdiği yöne kristal yönelim denir.
 

Kristal Uçak: Bir dizi atom/molekül/yon tarafından oluşturulan uçağa kristal uçağı denir.
 

Kristal yönelim indeksi: Birim hücresinin belirli bir noktasını başlangıç olarak alın, koordinat ekseni X/Y/Z'yi başlangıç noktasından geçerek ayarlayın,Birim hücresinin ızgara vektörünün uzunluğunu koordinat ekseninin uzunluk birimi olarak alın., başlangıç O üzerinden düz bir çizgi OP yapmak, P noktasının O noktasına en yakın olmasını gerektirir ve onu kristal yönü AB'ye paralel kılar, P noktasının üç koordinat değerini belirler,Üç değeri asgari tam sayıya dönüştürün u, v, w, artı kare parantez, [uvw] belirlenecek AB'nin kristal yönelim indeksi. Eğer u, v veya w'den biri negatifse, sadece negatif işareti sayının üstüne koyun.Endeks tarafından gösterilen tüm yönlerin tutarlı ve birbirine paralel olduğu bir kristal yönü.

Kristal yönelim grubu: Kristal atomları, kübik kristal sistemi gibi, kristal ailesine kristal olarak bilinen aynı kristal setinde düzenlenmiştir, a/b/c üç değeri aynıdır,[111] Klan için toplam sekiz kristal vafra ([111], [111], [1-11] ve [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Bu yönelim grubunu <111> ile belirtin. Benzer şekilde, <100> yönelim grubunda altı yönelim vardır: [100], [010], [001],[-100],[0-10] ve [00-1]Kübik değilse, yönelim indeksi sırasını değiştirerek yönelim grubu farklı olabilir.

2.Wafer C ve Si yüzünün şematik diyagramı, birincil düz, ikincil düz ve lazer işareti konumu.

3. Neden <100> MOSFET'ler gibi güç cihazlarının üretimi için kristal substratlar sıklıkla kullanılır?

Güç cihazları genellikle yüzey kanal cihazlarıdır ve yüzey kusurlarının durumlarının yoğunluğu eşiği voltajı ve güvenilirliği büyük ölçüde etkiler.(100) kristal yüzeyinin atom yüzey yoğunluğu en küçüktür., ve ilgili atom yüzey yoğunluğu da en küçüktür. Cihazın yüzeyinde daha az doymamış bağ vardır,ve cihaz yüzeyinin oksidlenmesiyle daha az kusur oluşur.
 

(100) kristal yüzünün küçük yoğunluğu nedeniyle, termal oksidasyonu ve kazma hızı nispeten hızlıdır, <100> kristal yönü süreç araştırmalarının süreç liderleri de daha fazla;
<110> kristal yönü, silikon levhalarda en yüksek elektron hareketliliğine sahip yöndür, çünkü <110> kristal yönündeki atomlar nispeten yakın bir şekilde düzenlenmiştir.Ve elektronlar bu yönde hareket ederken daha az engelle karşılaşacaklar.Bununla birlikte, <100> kristal yönündeki atomlar gevşek bir şekilde düzenlenmiştir ve elektronlar bu yönde hareket ederken birçok engelle karşı karşıya kalırlar.Yani elektron hareketliliği nispeten düşük.< 110> yönelimli silikon levhalar bazı yönlerden daha iyi performans gösterse de,sık sık kullanılmazlar çünkü sıkı ızgara yapıları ve silikon levhaları < 110> yönlendirme levhalarına kesmenin yüksek maliyeti ve teknik zorluğu nedeniyle..
 

Bazı cihaz düzen tasarımlarında, hücre yönü veya kapı polikristalin yönü yazılım kanalına dik değil, yazılım kanalı ile 45 derecelik bir açıdadır.Amaç, kristal yönünün kanal yönünü <110> yapmaktır., yük taşıyıcılarının hareketliliğini arttırır, kaybı azaltır, farklı düzenleme yönüne ek olarak, waferin genel gerginlik tutarlılığı da faydalıdır.gittikçe daha fazla oluk tipi cihaz vardı, ve kanal yük taşıyıcılarının yönü kristal düzlüğe dikti, bu nedenle hareketliliğin iyileştirilmesi açısından diğer yönü değiştirmek çok önemsizdi.

40nm'den önce, CMOS işlemleri <100> kristal yönelim altyapıları kullanma eğilimindedir. 28nm'de, PMOS'un hareketliliğini en üst düzeye çıkarmak için endüstri <110> kristal yönelim altyapısı kullanır.Bu tarafa., PMOS kanalı basınçlı strese en duyarlıdır, bu nedenle hareketlilik en büyük ölçüde iyileştirilebilir.28nm süreci, delik hareketliliğini optimize etmek için kaynak sızıntı germanium silikon stres teknolojisini kullanacak., <100> kristal yönünde yaklaşık% 20 oranında iyileştirilebilir. <110> yönelimli silikon levhalar, sıkı ızgara yapıları nedeniyle bazı yönlerden daha iyi performans gösterse de,silikon levhalar daha pahalıdır ve teknik olarak <110> yönelim levhalarına kesilmesi zordur..

4Neden SiC güç cihazları genellikle 4H-SiC kristal yapısından ve <0001> levhalardan yapılır?

SiC'nin çeşitli kristal türleri arasında, 3C-SiC en düşük bağ enerjisine, en yüksek ızgara-özgür enerjisine ve kolay nükleerleşmeye sahiptir, ancak metastabil durumdadır.düşük istikrarlı ve kolay katı faz transferine sahip. Faz geçişi dış koşulların etkisi altında meydana gelme olasılığı daha yüksektir.3C-SiC faz dönüşümüne maruz kalabilir ve diğer kristal formlarına dönüşebilir.

Aşağıda, SiC güç cihazlarının neden yaygın olarak 4H-SiC kristal yapısını kullandığını bilmek için 4H-SiC ve 6H-SiC arasındaki performans farkının özel bir karşılaştırması verilmiştir:

4H SiC ve 6H-SiC arasındaki temel farklılıklar kristal yapılarında, fiziksel özelliklerinde ve elektrik özelliklerinde yatmaktadır.4H SiC, 6H-SiC'nin ABABAB yığılmasına kıyasla ABCB yığılma sırasına ve daha yüksek bir simetriye sahiptirBu simetri farkı, kristal büyüme sürecini etkiler ve 4H-sic'in daha küçük bir kusur yoğunluğuna ve daha iyi kristal kalitesine neden olur.4H-SiC, C ekseninde daha yüksek termal iletkenlik ve daha yüksek taşıyıcı hareketliliği gösterir, MOSFET'ler, Schottky diyotları ve bipolar bağlantı transistörleri gibi yüksek frekanslı ve yüksek güçlü uygulamalar için uygundur.6H-SiC daha düşük derin düzeyde kusurlara ve daha düşük taşıyıcı rekombinasyon oranına sahiptir, yüksek kaliteli substrat uygulamaları, yüksek kaliteli substrat uygulamaları, epitaksiyel büyüme ve elektronik cihazların üretimi gibi yüksek kaliteli substrat uygulamaları için daha uygundur.İki kristal yapısı arasındaki seçim, yarı iletken cihazının özel gereksinimlerine ve amaçlanan uygulamasına bağlıdır..

5. SiC güç cihazlarının wafer yönelimi neden genellikle <0001>?

Silisiyumun kristal yönelim analizinin gösterdiği gibi, 4H-SiC <0001>'nin kristal yapısı aşağıdaki avantajlara sahiptir:

Kristal yapısı avantajı:

SiC malzemesinin wafer yapısı <0001> kristal yönünde iyi bir ızgara eşleşmesine sahiptir, bu da wafer büyümesi ve üretim sürecinde yüksek kristal kalitesini ve wafer bütünlüğünü sağlar.

<0001> yönelim, yüksek kaliteli bir SiC-SiO2 arayüzü elde etmesine elverişli olan düşük bir yüzey yoğunluğuna sahip bir SiC-C bağ yüzeyi oluşturabilir.

<0001> kristal yönünün yüzeyi nispeten düztür, bu da yüksek kaliteli epitaksyal film büyümesini sağlar.Karbon atomlarının yoğunluğu <0001> kristal yönünde daha yüksektir, bu da cihazın yalıtım güvenilirliğini sağlamak için çok önemli olan daha yüksek parçalanma elektrik alanı yoğunluğuna ulaşmayı sağlar.

Isı iletkenliği avantajı:

SiC malzemesi, güç cihazlarının çalışması sırasında daha verimli ısı dağılımını sağlayan çok yüksek bir ısı iletkenliğine sahiptir.Çipin ısı dağılımı performansını daha da artıran ve güç cihazının güç yoğunluğunu ve güvenilirliğini geliştirmeye yardımcı olan.

Cihaz performans avantajları: <0001> SiC levhası daha düşük sızıntı akımı ve daha yüksek arıza voltajı elde edebilir.SiC waferinin ayrıca daha yüksek taşıyıcı hareketliliği ve büyük bir kendiliğinden kutuplaşma etkisi vardır., MOSFET kanalının elektron yoğunluğunu artırmak için kullanılabilir, iletkenlik durumunda iletkenlik akımını iyileştirmek,ve cihazın anahtarlama hızını ve çalışma sıklığını iyileştirmeye yardımcı olur.