Apa orientasi substrat SiC?

Karena kristal sebenarnya tidak tak terbatas, akhirnya akan berakhir di bidang.sehingga sifat permukaan dapat mempengaruhi sifat perangkatSifat permukaan ini umumnya dijelaskan oleh bidang kristal atau arah kristal.

1. Orientasi substrat SiC

Orientasi kristal: Arah yang ditunjukkan oleh garis antara dua atom/molekul/ion dalam sel kristal disebut orientasi kristal.
 

Pesawat Kristal: Pesawat yang dibentuk oleh serangkaian atom/molekul/ion disebut pesawat kristal.
 

Indeks orientasi kristal: Ambil titik tertentu O dari sel unit sebagai asal, mengatur sumbu koordinat X/Y/Z melalui asal O,mengambil panjang vektor kisi dari sel satuan sebagai unit panjang sumbu koordinat, membuat garis lurus OP melalui asal O, meminta titik P untuk menjadi yang terdekat dengan titik O, dan membuatnya sejajar dengan arah kristal AB, menentukan tiga nilai koordinat dari titik P,Mengubah tiga nilai ke dalam bilangan bulat minimum u, v, w, ditambah tanda kurung persegi, [uvw] adalah indeks orientasi kristal AB yang akan ditentukan Jika salah satu u, v, atau w negatif, cukup letakkan tanda negatif di atas angka.Sebuah arah kristal di mana semua arah yang ditunjukkan oleh indeks konsisten dan sejajar satu sama lain.

Kelompok orientasi kristal: Atom kristal diatur dalam set yang sama kristal untuk dikenal sebagai kristal untuk keluarga, seperti sistem kristal kubik, a / b / c tiga nilai yang sama,[111] wafer kristal untuk total delapan untuk klan ([111], [111], [1-11] dan [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Menandai kelompok orientasi ini dengan <111>. Demikian pula kelompok orientasi <100> berisi enam orientasi: [100], [010], [001],[-100],[0-10] dan [00-1]Jika tidak kubik, kelompok orientasi dapat berbeda dengan mengubah urutan indeks orientasi.

2.Diagram skematik diameter wafer C dan Si, Primary Flat, Secondary Flat, dan posisi penandaan laser.

3Mengapa substrat kristal sering digunakan untuk memproduksi perangkat daya seperti MOSFET?

Perangkat daya umumnya perangkat saluran permukaan, dan kepadatan keadaan cacat permukaan sangat mempengaruhi tegangan ambang dan keandalan.Ketumpatan permukaan atom dari (100) permukaan kristal adalah yang terkecil, dan kepadatan permukaan atom negara yang sesuai juga terkecil. Ada lebih sedikit ikatan tak jenuh di permukaan perangkat,dan lebih sedikit cacat yang dihasilkan ketika permukaan perangkat teroksidasi.
 

Karena kepadatan kecil (100) permukaan kristal, tingkat termal oksidasi dan etching relatif cepat, pemimpin proses <100> penelitian arah proses kristal juga lebih;
< 110> arah kristal adalah arah dengan mobilitas elektron tertinggi dalam wafer silikon, karena atom di < 110> arah kristal relatif dekat diatur,dan elektron akan menemukan lebih sedikit hambatan ketika bergerak ke arah ini, sehingga mobilitas elektron tinggi. Namun, atom di <100> arah kristal diatur longgar, dan elektron akan terhambat oleh banyak hambatan ketika bergerak ke arah ini,jadi mobilitas elektron relatif rendahMeskipun wafer silikon orientasi memiliki kinerja yang lebih baik dalam beberapa aspek,mereka tidak sering digunakan karena struktur kisi yang ketat dan biaya tinggi dan kesulitan teknis memotong wafer silikon menjadi wafer orientasi < 110>.
 

Dalam beberapa desain tata letak perangkat, arah sel atau arah gerbang polikristalin tidak tegak lurus ke saluran skrip tetapi berada pada sudut 45 derajat dengan saluran skrip,Tujuan adalah untuk membuat arah saluran arah kristal menjadi < 110>, meningkatkan mobilitas pembawa muatan, mengurangi kerugian, selain arah tata letak yang berbeda, konsistensi tegangan keseluruhan wafer juga bermanfaat.ada semakin banyak perangkat jenis alur, dan arah pembawa muatan saluran tegak lurus ke bidang kristal, sehingga tidak penting untuk mengubah arah lain dalam hal peningkatan mobilitas.

Sebelum 40nm, proses CMOS cenderung menggunakan <100> substrat orientasi kristal. Untuk 28nm, untuk memaksimalkan mobilitas PMOS, industri menggunakan <110> substrat orientasi kristal.Ke arah ini., saluran PMOS paling sensitif terhadap tekanan kompresi, sehingga mobilitas dapat ditingkatkan sejauh mungkin.Proses 28nm akan menggunakan sumber kebocoran teknologi germanium silikon stres untuk mengoptimalkan mobilitas lubang, yang dapat ditingkatkan sekitar 20% dalam arah kristal <100>. Meskipun wafer silikon orientasi <110> memiliki kinerja yang lebih baik dalam beberapa aspek, karena struktur kisi yang ketat,wafer silikon lebih mahal dan secara teknis sulit dipotong menjadi wafer orientasi <110>.

4. Mengapa perangkat daya SiC sering terbuat dari struktur kristal 4H-SiC dan <0001> wafer?

Di antara berbagai jenis kristal SiC, 3C-SiC memiliki energi ikatan terendah, energi bebas kisi tertinggi, dan nukleasi mudah, tetapi itu dalam keadaan metastabil,dengan stabilitas rendah dan transfer fase padat yang mudahPeralihan fase lebih mungkin terjadi di bawah pengaruh kondisi eksternal.3C-SiC dapat mengalami transformasi fase dan menjadi bentuk kristal lainnya.

Berikut adalah perbandingan spesifik dari perbedaan kinerja antara 4H-SiC dan 6H-SiC untuk mengetahui mengapa perangkat daya SiC umumnya menggunakan struktur kristal 4H-SiC:

Perbedaan utama antara 4H SiC dan 6H-SiC terletak pada struktur kristal, sifat fisik, dan sifat listrik.4H SiC memiliki urutan tumpukan ABCB dan simetri yang lebih tinggi dibandingkan dengan tumpukan ABABAB dari 6H-SiCPerbedaan simetri ini mempengaruhi proses pertumbuhan kristal, menghasilkan kepadatan cacat 4H-sic yang lebih kecil dan kualitas kristal yang lebih baik.4H-SiC menunjukkan konduktivitas termal yang lebih tinggi di sepanjang sumbu C dan mobilitas pembawa yang lebih tinggi, sehingga cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi dan daya tinggi seperti MOSFET, dioda Schottky, dan transistor junction bipolar.6H-SiC memiliki cacat tingkat dalam yang lebih rendah dan tingkat rekombinasi pembawa yang lebih rendah, yang lebih cocok untuk aplikasi substrat berkualitas tinggi, seperti aplikasi substrat berkualitas tinggi, pertumbuhan epitaxial, dan pembuatan perangkat elektronik.Pilihan antara kedua struktur kristal tergantung pada persyaratan khusus dari perangkat semikonduktor dan aplikasi yang dimaksudkan.

5. Mengapa orientasi wafer dari perangkat daya SiC sering <0001>?

Menurut analisis orientasi kristal silikon, struktur kristal 4H-SiC <0001> memiliki keuntungan berikut:

Keuntungan struktur kristal:

Struktur wafer dari bahan SiC memiliki pertandingan kisi yang baik dalam arah kristal <0001>, yang memungkinkan kualitas kristal yang tinggi dan integritas wafer dalam pertumbuhan wafer dan proses manufaktur.

Orientasi <0001> dapat membentuk permukaan ikatan Si-C dengan kepadatan rendah keadaan antarmuka, yang kondusif untuk mendapatkan antarmuka SiC-SiO2 berkualitas tinggi.

Permukaan <0001> arah kristal relatif datar, yang kondusif untuk mendapatkan pertumbuhan film epitaxial berkualitas tinggi.kepadatan atom karbon dalam arah kristal <0001> lebih tinggi, yang kondusif untuk mendapatkan intensitas medan listrik pemecahan yang lebih tinggi, yang sangat penting untuk memastikan keandalan isolasi perangkat.

Keuntungan konduktivitas termal:

Bahan SiC memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi, yang memungkinkan disipasi panas yang lebih efisien selama operasi perangkat daya.yang lebih meningkatkan kinerja disipasi panas chip dan membantu meningkatkan kepadatan daya dan keandalan perangkat daya.

Keuntungan kinerja perangkat: Wafer SiC <0001> dapat mencapai arus kebocoran yang lebih rendah dan tegangan pemecahan yang lebih tinggi.Wafer SiC juga memiliki mobilitas pembawa yang lebih tinggi dan efek polarisasi spontan yang besar, yang dapat digunakan untuk meningkatkan kepadatan elektron saluran MOSFET, meningkatkan arus konduksi dalam keadaan konduksi,dan membantu meningkatkan kecepatan beralih dan frekuensi operasi perangkat.