Wafer de SiC (Carbeto de Silício sobre Isolante) com Filme de SiC sobre Silício

Descrição resumida:

Os wafers de carbeto de silício sobre isolante (SICOI) são substratos semicondutores de última geração que integram as propriedades físicas e eletrônicas superiores do carbeto de silício (SiC) com as excelentes características de isolamento elétrico de uma camada isolante intermediária, como dióxido de silício (SiO₂) ou nitreto de silício (Si₃N₄). Um wafer SICOI típico consiste em uma fina camada epitaxial de SiC, um filme isolante intermediário e um substrato de base de suporte, que pode ser de silício ou SiC.

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Características

Diagrama detalhado

Introdução de wafers de carbeto de silício sobre isolante (SICOI)

Essa estrutura híbrida foi projetada para atender às exigências rigorosas de dispositivos eletrônicos de alta potência, alta frequência e alta temperatura. Ao incorporar uma camada isolante, os wafers de SICOI minimizam a capacitância parasita e suprimem as correntes de fuga, garantindo assim frequências de operação mais altas, melhor eficiência e gerenciamento térmico aprimorado. Esses benefícios os tornam extremamente valiosos em setores como veículos elétricos, infraestrutura de telecomunicações 5G, sistemas aeroespaciais, eletrônica de radiofrequência avançada e tecnologias de sensores MEMS.

Princípio de produção de wafers SICOI

Os wafers de SICOI (carboneto de silício sobre isolante) são fabricados por meio de um processo avançado.processo de colagem e adelgaçamento de wafers:

Crescimento do substrato de SiC– Uma pastilha de SiC monocristalina de alta qualidade (4H/6H) é preparada como material doador.
Deposição de Camada Isolante– Uma película isolante (SiO₂ ou Si₃N₄) é formada sobre a pastilha de suporte (Si ou SiC).
Colagem de wafers– A pastilha de SiC e a pastilha de suporte são unidas sob alta temperatura ou com auxílio de plasma.
Diluição e polimento– A pastilha doadora de SiC é adelgaçada até alguns micrômetros e polida para obter uma superfície atomicamente lisa.
Inspeção final– O wafer SICOI finalizado é testado quanto à uniformidade da espessura, rugosidade da superfície e desempenho de isolamento.

Por meio desse processo, umcamada fina ativa de SiCCom excelentes propriedades elétricas e térmicas, é combinado com uma película isolante e um substrato de suporte, criando uma plataforma de alto desempenho para dispositivos de energia e radiofrequência de última geração.

Principais vantagens dos wafers SICOI

Categoria de recurso	Características técnicas	Benefícios principais
Estrutura do Material	Camada ativa de 4H/6H-SiC + filme isolante (SiO₂/Si₃N₄) + substrato de Si ou SiC	Obtém um forte isolamento elétrico, reduzindo a interferência parasita.
Propriedades elétricas	Alta rigidez dielétrica (>3 MV/cm), baixa perda dielétrica	Otimizado para operação em alta tensão e alta frequência.
Propriedades térmicas	Condutividade térmica de até 4,9 W/cm·K, estável acima de 500 °C.	Dissipação de calor eficaz, excelente desempenho sob cargas térmicas severas.
Propriedades Mecânicas	Dureza extrema (Mohs 9,5), baixo coeficiente de expansão térmica.	Resistente ao estresse, aumenta a vida útil do dispositivo.
Qualidade da superfície	Superfície ultralisa (Ra <0,2 nm)	Promove epitaxia sem defeitos e fabricação confiável de dispositivos.
Isolamento	Resistividade >10¹⁴ Ω·cm, baixa corrente de fuga	Operação confiável em aplicações de isolamento de RF e alta tensão.
Tamanho e personalização	Disponível nos formatos de 4, 6 e 8 polegadas; espessura do SiC de 1 a 100 μm; isolamento de 0,1 a 10 μm.	Design flexível para diferentes requisitos de aplicação

Principais áreas de aplicação

Setor de Aplicação	Casos de uso típicos	Vantagens de desempenho
Eletrônica de potência	Inversores para veículos elétricos, estações de carregamento, dispositivos de energia industrial	Alta tensão de ruptura, perda de comutação reduzida
RF e 5G	Amplificadores de potência para estações base, componentes de ondas milimétricas	Baixa capacitância parasita, suporta operações na faixa de GHz.
Sensores MEMS	Sensores de pressão para ambientes extremos, MEMS de nível de navegação.	Alta estabilidade térmica, resistente à radiação.
Aeroespacial e Defesa	Comunicações via satélite, módulos de energia para aviônica	Confiabilidade em temperaturas extremas e exposição à radiação.
Rede Inteligente	Conversores HVDC, disjuntores de estado sólido	O alto isolamento minimiza a perda de energia.
Optoeletrônica	LEDs UV, substratos de laser	A alta qualidade cristalina favorece a emissão de luz eficiente.

Fabricação de 4H-SiCOI

A produção de wafers de 4H-SiCOI é realizada através deprocessos de colagem e adelgaçamento de wafers, possibilitando interfaces isolantes de alta qualidade e camadas ativas de SiC sem defeitos.

aEsquema de fabricação da plataforma de material 4H-SiCOI.
bImagem de um wafer de 4 polegadas de 4H-SiCOI utilizando técnicas de colagem e adelgaçamento; zonas de defeito marcadas.
cCaracterização da uniformidade da espessura do substrato 4H-SiCOI.
dImagem óptica de um chip de 4H-SiCOI.
eFluxograma do processo de fabricação de um microrressonador de disco de SiC.
fImagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um ressonador de microdisco completo.
gImagem ampliada de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrando a parede lateral do ressonador; a imagem inserida por microscopia de força atômica (AFM) mostra a suavidade da superfície em nanoescala.
hImagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) em seção transversal ilustrando a superfície superior em formato parabólico.

Perguntas frequentes sobre wafers SICOI

P1: Quais são as vantagens dos wafers SICOI em relação aos wafers SiC tradicionais?
A1: Ao contrário dos substratos de SiC padrão, os wafers SICOI incluem uma camada isolante que reduz a capacitância parasita e as correntes de fuga, resultando em maior eficiência, melhor resposta de frequência e desempenho térmico superior.

Q2: Quais são os tamanhos de wafer normalmente disponíveis?
A2: Os wafers SICOI são normalmente produzidos nos formatos de 4, 6 e 8 polegadas, com espessuras de SiC e de camada isolante personalizadas, disponíveis dependendo dos requisitos do dispositivo.

P3: Quais setores industriais se beneficiam mais com os wafers SICOI?
A3: Os principais setores industriais incluem eletrônica de potência para veículos elétricos, eletrônica de radiofrequência para redes 5G, MEMS para sensores aeroespaciais e optoeletrônica, como LEDs UV.

Q4: Como a camada isolante melhora o desempenho do dispositivo?
A4: A película isolante (SiO₂ ou Si₃N₄) impede a fuga de corrente e reduz a interferência elétrica, permitindo maior resistência à tensão, comutação mais eficiente e menor perda de calor.

Q5: Os wafers SICOI são adequados para aplicações em altas temperaturas?
A5: Sim, com alta condutividade térmica e resistência acima de 500°C, os wafers SICOI são projetados para funcionar de forma confiável sob calor extremo e em ambientes agressivos.

Q6: Os wafers SICOI podem ser personalizados?
A6: Com certeza. Os fabricantes oferecem projetos personalizados para espessuras específicas, níveis de dopagem e combinações de substrato para atender a diversas necessidades de pesquisa e industriais.

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