Qual é a orientação do substrato de SiC?

Uma vez que o cristal não é infinito, acabará num plano.para que as propriedades da superfície possam afectar as propriedades do dispositivoEssas propriedades superficiais são geralmente descritas pelo plano cristalino ou direção cristalina.

1Orientação do substrato de SiC

Orientação cristalina: A direção indicada pela linha entre quaisquer dois átomos/moléculas/iões numa célula cristalina é chamada de orientação cristalina.
 

Plano de cristal: O plano formado por uma série de átomos / moléculas / íons é chamado de plano de cristal.
 

Índice de orientação do cristal: tomar um certo ponto O da célula unitária como a origem, definir o eixo de coordenadas X/Y/Z através da origem O,tomar o comprimento do vetor de rede da célula de unidade como a unidade de comprimento do eixo de coordenadas, fazer uma linha reta OP através da origem O, exigir P ponto para ser o mais próximo do ponto O, e torná-lo paralelo à direção cristalina AB, determinar os três valores de coordenadas do ponto P,Converter os três valores no inteiro mínimo u, v, w, mais parênteses quadrados, [uvw] é o índice de orientação cristalina de AB a ser determinado. Se um de u, v ou w for negativo, basta colocar o sinal negativo acima do número.Uma direção cristalina na qual todas as direções indicadas pelo índice são consistentes e paralelas umas às outras.

Grupo de orientação de cristal: átomos de cristal estão dispostos no mesmo conjunto de cristal para a família conhecida como cristal para, como o sistema de cristal cúbico, a / b / c três valores são os mesmos,[111] bolacha de cristal para um total de oito para o clã ([111], [111], [1-11] e [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Denotar este grupo de orientação por <111>. Da mesma forma, o grupo de orientação <100> contém seis orientações: [100], [010], [001],[-100],[0-10] e [00-1]Se não for cúbico, o grupo de orientação pode ser diferente alterando a ordem do índice de orientação.

2.Diagrama esquemático do diâmetro da bolacha C e da face da bolacha Si, do plano primário, do plano secundário e da posição de marcação a laser.

3Por que substratos cristalinos são frequentemente usados para fabricar dispositivos de energia como os MOSFETs?

Os dispositivos de potência são geralmente dispositivos de canal de superfície, e a densidade dos estados de defeitos de superfície influencia muito a tensão de limiar e a confiabilidade.A densidade atômica da superfície do cristal (100) é a menorHá menos ligações insaturadas na superfície do dispositivo,e menos defeitos são gerados quando a superfície do dispositivo é oxidada.
 

Devido à pequena densidade da face de cristal (100), sua taxa de oxidação térmica e gravação é relativamente rápida, os líderes do processo de pesquisa de processo de direção de cristal <100> também são mais;
A direção < 110> do cristal é a direção com a maior mobilidade de elétrons nas wafers de silício, porque os átomos na direção < 110> do cristal estão relativamente dispostos,e os elétrons vão encontrar menos obstáculos quando se movem nesta direçãoNo entanto, os átomos na direção do cristal <100> estão dispostos vagamente, e os elétrons serão prejudicados por muitos obstáculos ao se moverem nesta direção,Então a mobilidade dos elétrons é relativamente baixaEmbora as bolhas de silício de orientação < 110> tenham um melhor desempenho em alguns aspectos,Não são frequentemente utilizadas devido à sua estrutura reticular apertada e ao elevado custo e dificuldade técnica de corte de wafers de silício em wafers de orientação < 110>.
 

Em alguns desenhos de layout do dispositivo, a direção da célula ou a direção policristalina da porta não é perpendicular ao canal de scripting, mas está em um ângulo de 45 graus com o canal de scripting,O objetivo é tornar a direção do canal da direção do cristal para < 110>, aumentar a mobilidade dos portadores de carga, reduzir a perda, além de direção de layout diferente, a consistência de tensão geral da wafer também é benéfica.Havia cada vez mais dispositivos de tipo ranhura, e a direção dos portadores de carga do canal era perpendicular ao plano cristalino, por isso era de pouca importância mudar a outra direção em termos de melhoria da mobilidade.

Antes de 40 nm, os processos CMOS tendem a usar <100> substratos de orientação cristalina.Nessa direcção., o canal PMOS é o mais sensível à tensão de compressão, de modo que a mobilidade pode ser melhorada na maior medida.O processo de 28nm usará a tecnologia de tensão germanium silicon de vazamento da fonte para otimizar a mobilidade do buraco, que pode ser melhorada em cerca de 20% na direção <100> cristal. Embora os wafers de silício de orientação <110> tenham melhor desempenho em alguns aspectos, devido à sua estrutura de rede apertada,Os wafers de silício são mais caros e tecnicamente difíceis de cortar em wafers de orientação < 110>.

4. Por que os dispositivos de energia SiC são muitas vezes feitos de estrutura cristalina 4H-SiC e wafers <0001>?

Entre os vários tipos cristalinos de SiC, o 3C-SiC tem a menor energia de ligação, a maior energia livre de grelha, e fácil nucleação, mas está em estado metastável,com baixa estabilidade e fácil transferência de fase sólidaA transição de fase é mais provável de ocorrer sob a influência de condições externas.3C-SiC pode sofrer transformação de fase e tornar-se outras formas cristalinas.

A seguinte é uma comparação específica da diferença de desempenho entre 4H-SiC e 6H-SiC para saber por que os dispositivos de potência SiC usam comumente a estrutura cristalina 4H-SiC:

As principais diferenças entre o 4H SiC e o 6H-SiC estão em suas estruturas cristalinas, propriedades físicas e propriedades elétricas.O 4H SiC tem uma ordem de empilhamento ABCB e uma simetria maior em comparação com a empilhamento ABABAB de 6H-SiCEsta diferença de simetria afeta o processo de crescimento do cristal, resultando numa menor densidade de defeito do 4H-sic e numa melhor qualidade do cristal.4H-SiC apresenta maior condutividade térmica ao longo do eixo C e maior mobilidade do portador, tornando-o adequado para aplicações de alta frequência e alta potência, como MOSFETs, diodos Schottky e transistores de junção bipolar.O 6H-SiC tem menores defeitos de nível profundo e menor taxa de recombinação do portador, que é mais adequado para aplicações de substrato de alta qualidade, como aplicações de substrato de alta qualidade, crescimento epitaxial e fabrico de dispositivos eletrônicos.A escolha entre as duas estruturas cristalinas depende dos requisitos específicos do dispositivo semicondutor e da sua aplicação pretendida.

5. Por que a orientação da bolacha dos dispositivos de potência SiC é frequentemente <0001>?

De acordo com a análise da orientação cristalina do silício, a estrutura cristalina do 4H-SiC <0001> tem as seguintes vantagens:

Vantagem da estrutura cristalina:

A estrutura da bolacha de material SiC tem uma boa correspondência de rede na direção <0001> do cristal, o que permite uma alta qualidade cristalina e integridade da bolacha no processo de crescimento e fabricação da bolacha.

A orientação <0001> pode formar uma superfície de ligação Si-C com uma baixa densidade de estados interfaciais, o que favorece a obtenção de uma interface SiC-SiO2 de alta qualidade.

A superfície da direcção <0001> do cristal é relativamente plana, o que favorece a obtenção de um crescimento de película epitaxial de alta qualidade.a densidade dos átomos de carbono na direção cristalina de <0001> é superior, o que favorece a obtenção de uma maior intensidade de campo elétrico de ruptura, o que é muito importante para garantir a fiabilidade do isolamento do dispositivo.

Vantagem de condutividade térmica:

O material SiC tem uma condutividade térmica muito elevada, o que permite uma dissipação de calor mais eficiente durante o funcionamento dos dispositivos de potência.que melhora ainda mais o desempenho de dissipação de calor do chip e ajuda a melhorar a densidade de potência e a confiabilidade do dispositivo de potência.

Vantagens de desempenho do dispositivo: a bolacha de SiC <0001> pode atingir uma corrente de vazamento mais baixa e uma tensão de ruptura mais elevada.a bolacha de SiC também tem maior mobilidade do portador e um grande efeito de polarização espontânea, que pode ser usado para aumentar a densidade de elétrons do canal MOSFET, melhorar a corrente de condução no estado de condução,e ajudar a melhorar a velocidade de comutação e a frequência de funcionamento do dispositivo.