SiC-on-Isolator SiCOI Substratos de alta condutividade térmica

Introdução

Os filmes finos de carburo de silício no isolante (SiCOI) são materiais compostos inovadores, fabricados tipicamente depositando uma camada fina de carburo de silício (SiC) de alta qualidade de um único cristal (500~600 nm,Dependendo das aplicações específicas) sobre um substrato de dióxido de silício (SiO2)O SiC é conhecido pela sua condutividade térmica excepcional, alta tensão de quebra e resistência química excepcional.Este material pode simultaneamente atender aos requisitos exigentes de alta potência, aplicações de alta frequência e de alta temperatura.
                                                               

Princípio

A fabricação de filmes finos de SiCOI pode ser alcançada usando processos compatíveis com CMOS, como corte iônico e ligação, permitindo assim uma integração perfeita com os circuitos eletrônicos existentes.

Processo de corte de íons
Um dos processos é baseado no corte de íons (Smart Cut) e na transferência de camadas de SiC, seguido da ligação de wafer.Esta técnica tem sido aplicada à produção em larga escala de wafers de silício em isolador (SOI).No entanto, em aplicações de SiC, a implantação de íons pode introduzir danos que não podem ser recuperados pelo recozimento térmico, resultando em perdas excessivas nas estruturas fotónicas.O recozimento térmico a altas temperaturas superior a 1000°C nem sempre é compatível com determinados requisitos de processo.

 
Para resolver estes problemas, as técnicas de moagem e polimento químico-mecânico (CMP) podem ser utilizadas para diluir diretamente a pilha de SiC/SiO2 - Si ligada a < 1 μm, obtendo uma superfície lisa.O diluir adicional pode ser alcançado através da gravação de íons reativos (RIE)Além disso, o CMP assistido pela oxidação húmida demonstrou reduzir efetivamente a rugosidade da superfície e as perdas de dispersão,Enquanto o recozimento a alta temperatura pode melhorar ainda mais a qualidade da bolacha.
                                                                 

Tecnologia de Ligação de Wafer
Outro método de preparação é a tecnologia de ligação de wafer,que envolve a aplicação de pressão entre as placas de carburo de silício (SiC) e de silício (Si) e a utilização das camadas de oxidação térmica das duas placas para ligaçãoNo entanto, a camada de oxidação térmica do SiC pode causar defeitos locais na interface SiC-óxido. Estes defeitos podem levar a um aumento da perda óptica ou à formação de armadilhas de carga.Além disso,, a camada de dióxido de silício no SiC é geralmente preparada por deposição química de vapor aumentada pelo plasma (PECVD), e este processo também pode causar certos problemas estruturais.

 
Para superar os desafios acima, foi proposto um novo processo de fabricação de chips 3C - SiCOI, que adota um processo de ligação anódica combinado com vidro borosilicato,preservando assim todas as funções da micromecânica do silício/CMOS e fotônica SiCAlém disso, o SiC amorfo também pode ser depositado diretamente na wafer SiO2/Si por PECVD ou pulverização, alcançando assim uma integração de processo simplificada.Todos estes métodos são totalmente compatíveis com processos CMOS, promovendo ainda mais a aplicação do SiCOI no domínio da fotónica.
                                                                                 

Vantagens
Em comparação com as plataformas de materiais existentes de isolante de silício (SOI), nitruro de silício (SiN) e isolante de niobato de lítio (LNOI),A plataforma de materiais SiCOI demonstra vantagens significativas em aplicações ópticas e está a emergir como a plataforma de materiais de próxima geração para tecnologia quânticaAs vantagens específicas são as seguintes:

• O dispositivo apresenta uma excelente transparência na faixa de comprimentos de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 5000 nm e alcança um desempenho excepcional com uma perda de guia de ondas inferior a 1 dB/cm.
• Suporta múltiplas funções como modulação eletro-óptica, comutação térmica e sintonização de frequência.
• Ele mostra geração de segundo harmônico e outras características ópticas não lineares e pode servir como uma plataforma de fonte de fotões baseada em centros de cores.

 
- Não.Aplicações

Além disso, o SiCOI combina as vantagens do carburo de silício (SiC) em alta condutividade térmica e alta tensão de ruptura com as boas propriedades de isolamento elétrico dos isoladores,e melhora as propriedades ópticas da wafer original de SiCÉ amplamente utilizado em campos de alta tecnologia como fotônica integrada, óptica quântica e dispositivos de energia.Os investigadores desenvolveram um grande número de componentes fotónicos de alta qualidade, incluindo guias de ondas lineares, ressonadores de microanel, guias de ondas de cristal fotónico, ressonadores de microdiscos, moduladores eletro-ópticos, interferômetros Mach - Zehnder (MZI) e divisores de feixe.Estes componentes apresentam baixas perdas e alto desempenho, fornecendo uma base técnica sólida para a comunicação quântica, computação fotónica e dispositivos de energia de alta frequência.
 
 
Os filmes finos de carburo de silício no isolante (SiCOI) são materiais compostos inovadores, fabricados tipicamente depositando uma camada fina de carburo de silício (SiC) de alta qualidade de um único cristal (500~600 nm,Dependendo das aplicações específicas) sobre um substrato de dióxido de silício (SiO2)O SiC é conhecido pela sua condutividade térmica excepcional, alta tensão de quebra e resistência química excepcional.Este material pode simultaneamente atender aos requisitos exigentes de alta potência, aplicações de alta frequência e de alta temperatura.
 
                                                      
 

Perguntas e respostas

Q1: Qual é a diferença entre SICOI e dispositivos tradicionais SiC-on-Si?
A:O substrato isolante do SICOI (por exemplo, Al2O3) elimina a capacitância parasitária e as correntes de vazamento dos substratos de silício, evitando defeitos causados pela incompatibilidade da rede.Isso resulta em uma confiabilidade superior do dispositivo e desempenho de frequência.
 
P2: Pode fornecer um caso de aplicação típico do SICOI na electrónica automotiva?
- Não.A:Os inversores do Tesla Model 3 usam MOSFETs SiC. Futuros dispositivos baseados em SICOI poderiam melhorar ainda mais a densidade de energia e os intervalos de temperatura operacional.
 
Q3: Quais são as vantagens do SICOI em comparação com o SOI (isolador de silicone)?
- Não.A:

• - Não.Performance do material:A banda larga do SICOI permite a operação em potência e temperaturas mais elevadas, enquanto o SOI é limitado pelos efeitos do portador quente.
• Desempenho ópticoO SICOI atinge perdas de guia de ondas de < 1 dB/cm, significativamente inferiores aos ~ 3 dB/cm do SOI, tornando-o adequado para fotônica de alta frequência.
• - Não.Expansão funcional:O SICOI suporta óptica não linear (por exemplo, segunda geração harmônica), enquanto o SOI depende principalmente de efeitos ópticos lineares.

 
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