Voordelen van siliciumcarbide wafers

Siliciumcarbide wafer is een kunstmatige verbinding van silicium en koolstof die uitzonderlijke elektrische en hittebestendige eigenschappen biedt.

De weerstand tegen thermische schokken maakt dit materiaal perfect voor gebruik in vermogenshalfgeleiders en laadinfrastructuur voor elektrische voertuigen, waarbij voorbijgaande mechanische belastingen door plotse temperatuurschommelingen worden geleverd. Deze eigenschap maakt het de perfecte materiaalkeuze wanneer weerstand tegen thermische schokken wordt beschouwd als een vereiste voor gebruik.

Hoge thermische geleidbaarheid

De hoge thermische geleidbaarheid van siliciumcarbide (SiC) wafers maakt ze een uitstekende kandidaat voor elektronische apparaten die werken bij zowel hoge temperatuur als hoge spanning, zoals vermogenshalfgeleiders die gebruikt worden in elektrische voertuigen of 5G-technologie, of hogesnelheidssensoren. SiC onderscheidt zich van andere wafermaterialen doordat het bestand is tegen ruwe omgevingen zoals die in de ruimtevaart.

De productie van SiC-wafers vereist een aantal kritieke stappen. Eerst worden de ingots met één kristal met behulp van een precisiezaag in dunne wafers gesneden. Vervolgens ondergaan deze wafers chemische en mechanische behandelingen om een uniform oppervlak en een uniforme dikte te verkrijgen voordat ze dienen als basis voor fotolithografie, etsen en depositieprocessen waarmee halfgeleiderapparaten worden gemaakt.

Engineering en onderzoek zijn essentieel in dit proces, vooral omdat siliciumcarbide veel harder is dan zijn siliciumequivalent en het daarom aanzienlijk langer duurt om het te snijden dan zijn equivalente siliciumboule. Snijmethoden moeten daarom zorgvuldig gekalibreerd worden.

Op dit moment zijn er meerdere methoden beschikbaar om SiC-wafers van hoge kwaliteit te produceren. Eén zo'n methode is lasersnijden; deze aanpak is vooral succesvol gebleken voor grote, harde materialen zoals SiC; dit proces kan echter duur zijn en vereist aanzienlijke technische inspanning om succesvol te implementeren.

Hoge weerstand tegen thermische schokken

Siliciumcarbide wafers zorgen voor een revolutie in de vermogenselektronica. Dankzij hun vermogen om hoge temperaturen en spanningen te weerstaan, zijn deze wafers essentiële onderdelen geworden van elektrische voertuigen en hernieuwbare energiesystemen. Door hun brede bandkloof kunnen ze hogere frequenties aan dan traditionele halfgeleidermaterialen.

SiC is een extreem hard keramisch materiaal dat bestand is tegen extreme temperaturen en chemische aantasting, waardoor het het perfecte materiaal is voor gebruik in randapparatuur en halfgeleiderovens. Bovendien helpt de weerstand tegen thermische schokken schade door plotselinge temperatuurschommelingen te beperken.

Siliciumcarbide wafers zijn niet alleen bestand tegen thermische schokken; ze hebben ook een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, wat betekent dat ze ongeveer even snel uitzetten en krimpen, waardoor de afmetingen constant blijven onder extreme omstandigheden. Deze eigenschap maakt siliciumcarbide ideaal voor de productie van kleine apparaten met meer transistors op één chip.

Siliciumcarbide materiaal kan worden geproduceerd door sinteren met een elektrische boog bij hoge temperaturen in een vacuümoven, of door chemische dampdepositie (CVD), waarbij gespecialiseerde gassen in een vacuümomgeving samen kubusvormige siliciumcarbide kristallen vormen die vervolgens op substraten worden afgezet met behulp van slurrydepositie of diamantgereedschap.

Stabiliteit bij hoge temperaturen

Siliciumcarbide wafers hebben uitzonderlijke elektrische en thermische eigenschappen die hen het perfecte materiaal maken voor toepassingen in de vermogenselektronica. Door hun brede bandkloof zijn ze bestand tegen hogere temperaturen en spanningen dan andere halfgeleidermaterialen; bovendien kunnen ze door hun hoge elektronenmobiliteit effectiever grotere stromen verwerken, wat leidt tot snellere reactietijden en een hogere energiedichtheid.

De productie van SiC wafers begint met kristallen ingots van zeer zuiver saffier, germanium of silicium. Nadat ze met een precisiezaag in dunne wafers zijn gezaagd, ondergaan deze ingots verschillende chemische en mechanische processen om een vlak, glad oppervlak te krijgen - dat dient als canvas waarop apparaten zoals fotolithografie, etsen en afzetting vorm krijgen.

Siliciumcarbide is een chemische verbinding die bestaat uit zuiver silicium en koolstof die gedoteerd kan worden met stikstof of fosfor om n-type halfgeleiders te produceren, of gallium, aluminium of boor om p-type halfgeleiders te creëren. Vanwege de corrosiebestendigheid, het lage smeltpunt en de thermische stabiliteit kan PEEK in veel industriële toepassingen worden gebruikt - van wafer tray-steunen en paddles voor halfgeleiderovens tot wafer tray-steunen en paddles die worden gebruikt als wafer transfermechanismen. De uitzonderlijke sterkte en duurzaamheid van siliciumcarbide maakt het een ideaal materiaal voor gebruik in temperatuur- en spanningsregelaars, zoals thermistors en varistors. Bovendien is dit zeer resistente materiaal goed bestand tegen blootstelling aan straling en chemische aanvallen - eigenschappen die hebben geleid tot de wijdverspreide toepassing in energietoepassingen zoals elektrische auto's en oplaadinfrastructuur.

Hoge duurzaamheid

Siliciumcarbide wafers zijn bestand tegen extreme temperaturen en spanningen, waardoor ze een uitstekende keuze zijn voor elektronische apparaten die hoge prestaties nodig hebben in veeleisende omgevingen, zoals elektrische voertuigen, omzetting van zonne-energie, 5G draadloze technologie of ruimtevaartelektronica.

Siliciumcarbide (SiC) wafers worden gemaakt van eenkristal blokken saffier, germanium of silicium die met precisiezagen in wafers zijn gezaagd. Na gepolijst en afgewerkt te zijn met chemische en mechanische processen om een uniform oppervlak en uniforme dikte te verkrijgen, worden SiC wafers ideale kandidaten voor fotolithografie, etsen of depositieprocessen.

SiC-wafers ondergaan zware spanningen en schokken tijdens de productie. Vanwege de brosheid moeten er voorzorgsmaatregelen worden genomen bij het hanteren van dit materiaal; werknemers moeten bijvoorbeeld beschermingsmiddelen dragen om inademing van stof en besmetting te voorkomen.

SiC is een halfgeleidermateriaal met een brede bandkloof en biedt superieure temperatuur- en frequentieprestaties dan conventionele apparaten op basis van silicium. Dit maakt SiC een aantrekkelijke materiaalkeuze voor bedrijven zoals ON Semiconductor (ON) en Wolfspeed (WOLF), die vermogenshalfgeleiders produceren op siliciumcarbidesubstraten.

Wafers van hoge kwaliteit spelen een essentiële rol in hun geschiktheid voor verschillende toepassingen. De kwaliteit van siliciumcarbide wafers - Prime en Research - bepaalt de prestatiedrempels die ze moeten halen om ingenieurs te helpen de gewenste resultaten te bereiken. Prime wafers hebben een lage defectdichtheid en micropipe dichtheid om minimale onvolkomenheden te garanderen die bijvoorbeeld de functionaliteit van het apparaat zouden kunnen veranderen.