विद्युत उपकरणों के लिए SiC एपिटैक्सियल वेफर - 4H-SiC, N-प्रकार, कम दोष घनत्व
विस्तृत आरेख
परिचय
SiC एपिटैक्सियल वेफर आधुनिक उच्च-प्रदर्शन अर्धचालक उपकरणों, विशेष रूप से उच्च-शक्ति, उच्च-आवृत्ति और उच्च-तापमान संचालन के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों, का मूल आधार है। सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल वेफर का संक्षिप्त रूप, SiC एपिटैक्सियल वेफर एक उच्च-गुणवत्ता वाली, पतली SiC एपिटैक्सियल परत से बना होता है जो एक बड़े SiC सब्सट्रेट के ऊपर विकसित होती है। पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित वेफर की तुलना में इसके बेहतर भौतिक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों के कारण, SiC एपिटैक्सियल वेफर तकनीक का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों, स्मार्ट ग्रिड, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों और एयरोस्पेस में तेज़ी से बढ़ रहा है।
SiC एपिटैक्सियल वेफर के निर्माण सिद्धांत
SiC एपिटैक्सियल वेफर बनाने के लिए अत्यधिक नियंत्रित रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। एपिटैक्सियल परत को आमतौर पर एक मोनोक्रिस्टलाइन SiC सब्सट्रेट पर सिलेन (SiH₄), प्रोपेन (C₃H₈), और हाइड्रोजन (H₂) जैसी गैसों का उपयोग करके 1500°C से अधिक तापमान पर उगाया जाता है। यह उच्च-तापमान एपिटैक्सियल वृद्धि उत्कृष्ट क्रिस्टलीय संरेखण और एपिटैक्सियल परत और सब्सट्रेट के बीच न्यूनतम दोषों को सुनिश्चित करती है।
इस प्रक्रिया में कई प्रमुख चरण शामिल हैं:
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सब्सट्रेट तैयारी: आधार SiC वेफर को साफ किया जाता है और परमाणु चिकनाई के लिए पॉलिश किया जाता है।
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सीवीडी वृद्धिउच्च शुद्धता वाले रिएक्टर में, गैसें प्रतिक्रिया करके सब्सट्रेट पर एकल-क्रिस्टल SiC परत जमा करती हैं।
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डोपिंग नियंत्रणवांछित विद्युत गुणों को प्राप्त करने के लिए एपिटेक्सी के दौरान एन-प्रकार या पी-प्रकार डोपिंग का प्रयोग किया जाता है।
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निरीक्षण और माप-पद्धतिऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी, एएफएम और एक्स-रे विवर्तन का उपयोग परत की मोटाई, डोपिंग सांद्रता और दोष घनत्व को सत्यापित करने के लिए किया जाता है।
प्रत्येक SiC एपिटैक्सियल वेफर की मोटाई की एकरूपता, सतह की समतलता और प्रतिरोधकता में सख्त सहनशीलता बनाए रखने के लिए सावधानीपूर्वक निगरानी की जाती है। उच्च-वोल्टेज MOSFETs, शॉट्की डायोड और अन्य विद्युत उपकरणों के लिए इन मापदंडों को सूक्ष्मता से समायोजित करने की क्षमता आवश्यक है।
विनिर्देश
| पैरामीटर | विनिर्देश |
| श्रेणियाँ | पदार्थ विज्ञान, एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट |
| पॉलीटाइप | 4H |
| डोपिंग | एन प्रकार |
| व्यास | 101 मिमी |
| व्यास सहिष्णुता | ± 5% |
| मोटाई | 0.35 मिमी |
| मोटाई सहनशीलता | ± 5% |
| प्राथमिक फ्लैट लंबाई | 22 मिमी (± 10%) |
| टीटीवी (कुल मोटाई भिन्नता) | ≤10 µm |
| ताना | ≤25 µm |
| एफडब्ल्यूएचएम | ≤30 आर्क-सेकंड |
| सतह खत्म | आरक्यू ≤0.35 एनएम |
SiC एपिटैक्सियल वेफर के अनुप्रयोग
SiC एपिटैक्सियल वेफर उत्पाद कई क्षेत्रों में अपरिहार्य हैं:
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इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी): SiC एपिटैक्सियल वेफर-आधारित उपकरण पावरट्रेन दक्षता बढ़ाते हैं और वजन कम करते हैं।
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नवीकरणीय ऊर्जा: सौर और पवन ऊर्जा प्रणालियों के लिए इनवर्टर में उपयोग किया जाता है।
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औद्योगिक विद्युत आपूर्ति: कम हानि के साथ उच्च आवृत्ति, उच्च तापमान स्विचिंग सक्षम करें।
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एयरोस्पेस और रक्षा: मजबूत अर्धचालकों की आवश्यकता वाले कठोर वातावरण के लिए आदर्श।
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5G बेस स्टेशन: SiC एपिटैक्सियल वेफर घटक RF अनुप्रयोगों के लिए उच्च शक्ति घनत्व का समर्थन करते हैं।
SiC एपिटैक्सियल वेफर, सिलिकॉन वेफर की तुलना में कॉम्पैक्ट डिजाइन, तीव्र स्विचिंग और उच्च ऊर्जा रूपांतरण दक्षता को सक्षम बनाता है।
SiC एपिटैक्सियल वेफर के लाभ
SiC एपिटैक्सियल वेफर प्रौद्योगिकी महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है:
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उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज: Si वेफर्स की तुलना में 10 गुना अधिक वोल्टेज को सहन कर सकता है।
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ऊष्मीय चालकता: SiC एपीटैक्सियल वेफर गर्मी को तेजी से नष्ट करता है, जिससे उपकरण अधिक ठंडे और अधिक विश्वसनीय ढंग से चलते हैं।
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उच्च स्विचिंग गति: कम स्विचिंग हानि उच्च दक्षता और लघुकरण को सक्षम बनाती है।
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वाइड बैंडगैप: उच्च वोल्टेज और तापमान पर स्थिरता सुनिश्चित करता है।
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सामग्री की मजबूतीSiC रासायनिक रूप से निष्क्रिय और यांत्रिक रूप से मजबूत है, जो मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है।
ये फायदे SiC एपिटैक्सियल वेफर को अगली पीढ़ी के अर्धचालकों के लिए पसंदीदा सामग्री बनाते हैं।
FAQ: SiC एपिटैक्सियल वेफर
प्रश्न 1: SiC वेफर और SiC एपिटैक्सियल वेफर के बीच क्या अंतर है?
SiC वेफर थोक सब्सट्रेट को संदर्भित करता है, जबकि SiC एपीटैक्सियल वेफर में विशेष रूप से विकसित डोप्ड परत शामिल होती है जिसका उपयोग डिवाइस निर्माण में किया जाता है।
प्रश्न 2: SiC एपिटैक्सियल वेफर परतों के लिए कौन सी मोटाई उपलब्ध है?
अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर, एपिटैक्सियल परतें आमतौर पर कुछ माइक्रोमीटर से लेकर 100 माइक्रोमीटर से अधिक तक होती हैं।
प्रश्न 3: क्या SiC एपिटैक्सियल वेफर उच्च तापमान वाले वातावरण के लिए उपयुक्त है?
हां, SiC एपिटैक्सियल वेफर 600°C से अधिक तापमान पर काम कर सकता है, और सिलिकॉन से काफी बेहतर प्रदर्शन कर सकता है।
प्रश्न 4: SiC एपिटैक्सियल वेफर में दोष घनत्व क्यों महत्वपूर्ण है?
कम दोष घनत्व उपकरण के प्रदर्शन और उत्पादन में सुधार करता है, विशेष रूप से उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए।
प्रश्न 5: क्या एन-टाइप और पी-टाइप SiC एपिटैक्सियल वेफर्स दोनों उपलब्ध हैं?
हां, दोनों प्रकार का उत्पादन एपिटैक्सियल प्रक्रिया के दौरान सटीक डोपेंट गैस नियंत्रण का उपयोग करके किया जाता है।
प्रश्न 6: SiC एपिटैक्सियल वेफर के लिए कौन से वेफर आकार मानक हैं?
मानक व्यास में 2-इंच, 4-इंच, 6-इंच, तथा उच्च मात्रा में विनिर्माण के लिए 8-इंच शामिल हैं।
प्रश्न 7: SiC एपिटैक्सियल वेफर लागत और दक्षता को कैसे प्रभावित करता है?
यद्यपि प्रारंभ में यह सिलिकॉन की तुलना में अधिक महंगा है, फिर भी SiC एपिटैक्सियल वेफर प्रणाली के आकार और बिजली की हानि को कम करता है, तथा दीर्घावधि में कुल लागत दक्षता में सुधार करता है।
