SiCOI वेफर 4 इंच 6 इंच HPSI SiC SiO2 Si सबएट्रेट संरचना

संक्षिप्त वर्णन:

यह शोधपत्र सिलिकॉन कार्बाइड-ऑन-इंसुलेटर (SiCOI) वेफर्स का विस्तृत अवलोकन प्रस्तुत करता है, जो विशेष रूप से 4-इंच और 6-इंच के सबस्ट्रेट्स पर केंद्रित है, जिनमें उच्च-शुद्धता वाले अर्ध-इन्सुलेटिंग (HPSI) सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) परतें होती हैं, जो सिलिकॉन (Si) सबस्ट्रेट्स के ऊपर सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂) इंसुलेटिंग परतों पर बंधी होती हैं। SiCOI संरचना, SiC के असाधारण विद्युत, तापीय और यांत्रिक गुणों को ऑक्साइड परत के विद्युत पृथक्करण लाभों और सिलिकॉन सबस्ट्रेट के यांत्रिक समर्थन के साथ जोड़ती है। HPSI SiC का उपयोग सबस्ट्रेट चालन को न्यूनतम करके और परजीवी हानियों को कम करके उपकरण के प्रदर्शन को बढ़ाता है, जिससे ये वेफर्स उच्च-शक्ति, उच्च-आवृत्ति और उच्च-तापमान अर्धचालक अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बन जाते हैं। इस बहुपरत विन्यास की निर्माण प्रक्रिया, सामग्री विशेषताओं और संरचनात्मक लाभों पर चर्चा की गई है, जो अगली पीढ़ी के पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (MEMS) के लिए इसकी प्रासंगिकता पर बल देता है। अध्ययन में 4-इंच और 6-इंच SiCOI वेफर्स के गुणों और संभावित अनुप्रयोगों की तुलना भी की गई है, तथा उन्नत अर्धचालक उपकरणों के लिए मापनीयता और एकीकरण की संभावनाओं पर प्रकाश डाला गया है।

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विशेषताएँ

SiCOI वेफर की संरचना

एचपीबी (हाई-परफॉरमेंस बॉन्डिंग) बीआईसी (बॉन्डेड इंटीग्रेटेड सर्किट) और एसओडी (सिलिकॉन-ऑन-डायमंड या सिलिकॉन-ऑन-इंसुलेटर जैसी तकनीक)। इसमें शामिल हैं:

प्रदर्शन मेट्रिक्स:

सटीकता, त्रुटि प्रकार (जैसे, "कोई त्रुटि नहीं," "मान दूरी"), और मोटाई माप (जैसे, "प्रत्यक्ष-परत मोटाई/किलोग्राम") जैसे मापदंडों को सूचीबद्ध करता है।

"ADDR/SYGBDT," "10/0," आदि शीर्षकों के अंतर्गत संख्यात्मक मानों (संभवतः प्रायोगिक या प्रक्रिया पैरामीटर) वाली एक तालिका।

परत मोटाई डेटा:

"L1 मोटाई (A)" से "L270 मोटाई (A)" तक लेबल वाली व्यापक दोहराव वाली प्रविष्टियाँ (संभवतः एंगस्ट्रॉम्स में, 1 Å = 0.1 nm)।

उन्नत अर्धचालक वेफर्स में विशिष्ट, प्रत्येक परत के लिए सटीक मोटाई नियंत्रण के साथ एक बहुस्तरीय संरचना का सुझाव देता है।

SiCOI वेफर संरचना

SiCOI (सिलिकॉन कार्बाइड ऑन इंसुलेटर) एक विशिष्ट वेफर संरचना है जिसमें सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) को एक इन्सुलेटिंग परत के साथ संयोजित किया जाता है। यह SOI (सिलिकॉन-ऑन-इंसुलेटर) के समान है, लेकिन उच्च-शक्ति/उच्च-तापमान अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित है। मुख्य विशेषताएँ:

परत संरचना:

शीर्ष परत: उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और तापीय स्थिरता के लिए एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)।

दफन इन्सुलेटर: आमतौर पर SiO₂ (ऑक्साइड) या हीरा (SOD में) परजीवी धारिता को कम करने और अलगाव में सुधार करने के लिए।

आधार सब्सट्रेट: यांत्रिक समर्थन के लिए सिलिकॉन या पॉलीक्रिस्टलाइन SiC

SiCOI वेफर के गुण

विद्युत गुण वाइड बैंडगैप (4H-SiC के लिए 3.2 eV): उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज (सिलिकॉन से 10 गुना अधिक) सक्षम करता है। लीकेज धाराओं को कम करता है, बिजली उपकरणों में दक्षता में सुधार करता है।

उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता:~900 cm²/V·s (4H-SiC) बनाम ~1,400 cm²/V·s (Si), लेकिन बेहतर उच्च-क्षेत्र प्रदर्शन।

कम ऑन-प्रतिरोध:SiCOI-आधारित ट्रांजिस्टर (जैसे, MOSFETs) कम चालन हानि प्रदर्शित करते हैं।

उत्कृष्ट इन्सुलेशन:दफन ऑक्साइड (SiO₂) या हीरे की परत परजीवी धारिता और क्रॉसटॉक को न्यूनतम करती है।

थर्मल विशेषताएंउच्च तापीय चालकता: SiC (~490 W/m·K 4H-SiC के लिए) बनाम Si (~150 W/m·K)। हीरा (यदि इन्सुलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है) 2,000 W/m·K से अधिक हो सकता है, जिससे ऊष्मा अपव्यय बढ़ जाता है।

तापीय स्थिरता:>300°C पर विश्वसनीय रूप से संचालित होता है (सिलिकॉन के लिए ~150°C के विपरीत)। विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स में शीतलन आवश्यकताओं को कम करता है।

3. यांत्रिक एवं रासायनिक गुणअत्यधिक कठोरता (~9.5 मोह्स): घिसाव का प्रतिरोध करती है, जिससे SiCOI कठोर वातावरण के लिए टिकाऊ बन जाता है।

रासायनिक जड़ता:अम्लीय/क्षारीय परिस्थितियों में भी ऑक्सीकरण और संक्षारण का प्रतिरोध करता है।

कम तापीय विस्तार:अन्य उच्च तापमान सामग्री (जैसे, GaN) के साथ अच्छी तरह से मेल खाता है।

4. संरचनात्मक लाभ (बहुल SiC या SOI की तुलना में)

कम सब्सट्रेट नुकसान:इन्सुलेटिंग परत सब्सट्रेट में करंट रिसाव को रोकती है।

बेहतर आरएफ प्रदर्शन:कम परजीवी धारिता तीव्र स्विचिंग को सक्षम बनाती है (5G/mmWave उपकरणों के लिए उपयोगी)।

लचीला डिज़ाइन:पतली SiC शीर्ष परत अनुकूलित डिवाइस स्केलिंग (उदाहरण के लिए, ट्रांजिस्टर में अति-पतले चैनल) की अनुमति देती है।

SOI और बल्क SiC के साथ तुलना

संपत्ति	सिकोइ	एसओआई (Si/SiO₂/Si)	थोक SiC
ऊर्जा अंतराल	3.2 ईवी (SiC)	1.1 ईवी (Si)	3.2 ईवी (SiC)
ऊष्मीय चालकता	उच्च (SiC + हीरा)	कम (SiO₂ ऊष्मा प्रवाह को सीमित करता है)	उच्च (केवल SiC)
ब्रेकडाउन वोल्टेज	बहुत ऊँचा	मध्यम	बहुत ऊँचा
लागत	उच्च	निचला	उच्चतम (शुद्ध SiC)

SiCOI वेफर के अनुप्रयोग

बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स
SiCOI वेफर्स का व्यापक रूप से उच्च-वोल्टेज और उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरणों, जैसे MOSFETs, शॉट्की डायोड और पावर स्विच में उपयोग किया जाता है। SiC का विस्तृत बैंडगैप और उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज, कम हानि और बेहतर तापीय प्रदर्शन के साथ कुशल विद्युत रूपांतरण को सक्षम बनाता है।

रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) उपकरण
SiCOI वेफर्स में इन्सुलेटिंग परत परजीवी धारिता को कम करती है, जिससे वे दूरसंचार, रडार और 5G प्रौद्योगिकियों में उपयोग किए जाने वाले उच्च आवृत्ति ट्रांजिस्टर और एम्पलीफायरों के लिए उपयुक्त हो जाते हैं।

माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस)
SiCOI वेफर्स MEMS सेंसर और एक्चुएटर्स के निर्माण के लिए एक मजबूत मंच प्रदान करते हैं, जो SiC की रासायनिक निष्क्रियता और यांत्रिक शक्ति के कारण कठोर वातावरण में भी विश्वसनीय रूप से काम करते हैं।

उच्च तापमान इलेक्ट्रॉनिक्स
SiCOI ऐसे इलेक्ट्रॉनिक्स को सक्षम बनाता है जो उच्च तापमान पर भी प्रदर्शन और विश्वसनीयता बनाए रखते हैं, जिससे ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस और औद्योगिक अनुप्रयोगों को लाभ मिलता है, जहां पारंपरिक सिलिकॉन उपकरण विफल हो जाते हैं।

फोटोनिक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण
SiC के प्रकाशीय गुणों और इन्सुलेटिंग परत का संयोजन उन्नत तापीय प्रबंधन के साथ फोटोनिक सर्किट के एकीकरण की सुविधा प्रदान करता है।

विकिरण-कठोर इलेक्ट्रॉनिक्स
SiC की अंतर्निहित विकिरण सहनशीलता के कारण, SiCOI वेफर्स अंतरिक्ष और परमाणु अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हैं, जिनमें उच्च विकिरण वातावरण को झेलने वाले उपकरणों की आवश्यकता होती है।

SiCOI वेफर के प्रश्नोत्तर

प्रश्न 1: SiCOI वेफर क्या है?

उत्तर: SiCOI का अर्थ है सिलिकॉन कार्बाइड-ऑन-इंसुलेटर। यह एक अर्धचालक वेफर संरचना है जिसमें सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) की एक पतली परत एक इन्सुलेटिंग परत (आमतौर पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड, SiO₂) पर चिपकी होती है, जिसे एक सिलिकॉन सब्सट्रेट द्वारा सहारा दिया जाता है। यह संरचना SiC के उत्कृष्ट गुणों को इन्सुलेटर से विद्युत पृथक्करण के साथ जोड़ती है।

प्रश्न 2: SiCOI वेफर्स के मुख्य लाभ क्या हैं?

उत्तर: इसके मुख्य लाभों में उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज, विस्तृत बैंडगैप, उत्कृष्ट तापीय चालकता, बेहतर यांत्रिक कठोरता और इंसुलेटिंग परत के कारण कम परजीवी धारिता शामिल हैं। इससे डिवाइस का प्रदर्शन, दक्षता और विश्वसनीयता बेहतर होती है।

प्रश्न 3: SiCOI वेफर्स के विशिष्ट अनुप्रयोग क्या हैं?

उत्तर: इनका उपयोग पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, उच्च आवृत्ति आरएफ उपकरणों, एमईएमएस सेंसर, उच्च तापमान इलेक्ट्रॉनिक्स, फोटोनिक उपकरणों और विकिरण-कठोर इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है।