l'alto campo di rottura e l'alta conduttività termica di sic accoppiato con alta giunzione operativa le temperature teoricamente permettono di realizzare densità ed efficienze estremamente elevate in sic dispositivi. il campo di rottura elevato di sic relativo al silicio abilita la regione di tensione di blocco di a il dispositivo di potenza deve essere approssimativamente 10 × più sottile e 10 × più pesantemente drogato, consentendo una rotazione di circa 100 volte diminuzione utile nella resistenza della regione di blocco con la stessa tensione nominale. energia significativa perdite in molti circuiti del sistema ad alta potenza in silicio, in particolare azionamento e alimentazione del motore a commutazione difficile circuiti di conversione, derivano dalla perdita di energia di commutazione dei semiconduttori. mentre la fisica di la perdita di commutazione del dispositivo a semiconduttore è discussa in dettaglio altrove, la perdita di energia di commutazione è spesso una funzione del tempo di spegnimento del dispositivo di commutazione a semiconduttore, generalmente definito come il intervallo di tempo tra l'applicazione di un bias di disattivazione e il momento in cui il dispositivo si interrompe di più del flusso attuale. in generale, quanto più velocemente un dispositivo si spegne, tanto minore è la sua perdita di energia in un interruttore circuito di conversione di potenza. per ragioni di topologia del dispositivo discusse nei riferimenti 3,8 e 19-21, sic l'elevato campo di rottura e l'ampia banda proibita consentono una commutazione di potenza molto più rapida di quanto sia possibile in comparabili dispositivi di commutazione di potenza in silicio volt-ampere-rated. il fatto che il funzionamento ad alta tensione è realizzato con regioni di blocco molto più sottili utilizzando sic abilita commutazione molto più veloce (per comparabili tensione nominale) in entrambe le strutture del dispositivo di potenza unipolare e bipolare. quindi, potere basato su sic i convertitori potrebbero operare a frequenze di commutazione più elevate con efficienza molto maggiore (cioè meno commutazione perdita di energia). una maggiore frequenza di commutazione nei convertitori di potenza è altamente auspicabile in quanto consente l'uso di condensatori, induttori e trasformatori più piccoli, che a loro volta possono ridurre notevolmente nel complesso dimensioni, peso e costo del convertitore di potenza. mentre la minore resistenza in ingresso e la commutazione più rapida di sic contribuiscono a minimizzare la perdita di energia e la generazione di calore, La maggiore conduttività termica di sic consente una rimozione più efficiente dell'energia termica residua da quella attiva dispositivo. perché l'efficienza della radiazione di energia termica aumenta notevolmente con l'aumento della differenza di temperatura tra il dispositivo e l'ambiente di raffreddamento, la capacità di sic di operare a temperature di giunzione elevate lo consente raffreddamento molto più ...
il funzionamento non raffreddato dell'elettronica sicu- ra ad alta temperatura e ad alta potenza consentirebbe un rivoluzionario miglioramenti ai sistemi aerospaziali. sostituzione di comandi idraulici e gruppi di potenza ausiliari con i comandi elettromeccanici \"intelligenti\" distribuiti, in grado di garantire un funzionamento ambientale severo, consentiranno di ottenere risultati sostanziali risparmio di peso per aeromobili, riduzione della manutenzione, riduzione dell'inquinamento, maggiore efficienza del carburante e aumento affidabilità operativa. Anche gli switch a stato solido ad alta potenza consentiranno grandi guadagni di efficienza gestione e controllo della potenza elettrica. i miglioramenti delle prestazioni dell'elettronica sic potrebbero consentire la rete elettrica pubblica per fornire una maggiore domanda di elettricità dei consumatori senza costruire ulteriori impianti di generazione, e migliorare la qualità dell'energia e l'affidabilità operativa attraverso la gestione energetica \"intelligente\". azionamenti di motori elettrici più efficienti consentiti da sic andranno a beneficio della produzione industriale sistemi e sistemi di trasporto come le locomotive diesel-elettriche della ferrovia, il trasporto di massa elettrico sistemi, navi a propulsione nucleare, automobili e autobus elettrici. dalle discussioni di cui sopra dovrebbe essere evidente che sic alta potenza e solidstate ad alta temperatura l'elettronica promette enormi vantaggi che potrebbero avere un impatto significativo sui sistemi di trasporto e il consumo di energia su scala globale. migliorando il modo in cui l'elettricità viene distribuita e utilizzata, migliorare i veicoli elettrici in modo che diventino sostituzioni più redditizie per il motore a combustione interna veicoli, e migliorare l'efficienza del carburante e ridurre l'inquinamento dei rimanenti motori a combustione e gli impianti di generazione, sic elettronica promette il potenziale per migliorare la vita quotidiana di tutti i cittadini pianeta Terra.
al momento della stesura di questo libro, gran parte dell'eccezionale promessa teorica di sic elettronica è stata evidenziata nel la sezione precedente è stata in gran parte non realizzata. un breve esame storico mostra rapidamente ciò che è serio carenze nella producibilità dei materiali semiconduttori sic e la qualità hanno notevolmente ostacolato il sviluppo dell'elettronica dei semiconduttori sic. da un punto di vista semplice, sic elettronica lo sviluppo ha seguito molto la regola generale che un dispositivo elettronico a stato solido può fare solo essere buono come il materiale semiconduttore da cui è fatto.
wafer riproducibili di consistenza ragionevole, dimensioni, qualità e disponibilità sono un prerequisito per produzione di massa commerciale di elettronica a semiconduttore. molti materiali semiconduttori possono essere fusi e riproducibilmente ricristallizzato in grossi cristalli singoli con l'aiuto di un cristallo di semi, come nel metodo czochralski impiegato nella fabbricazione di quasi tutti i wafer di silicio, che consente di essere ragionevolmente grandi wafer da produrre in serie. tuttavia, perché sic sublima invece di sciogliersi a ragionevolmente raggiungibile pressioni, sic non possono essere coltivate con tecniche convenzionali di crescita del fuso. prima del 1980, sperimentale i dispositivi elettronici sic erano confinati in piastrine di cristallo sico piccole (tipicamente ~ 1) di forma irregolare cresciuto come sottoprodotto del processo acheson per la fabbricazione di abrasivi industriali (ad esempio carta vetrata) o dal processo lely. nel processo lely, sic sublimato da polvere policristallina sic a temperature vicine a 2500 ° c sono casualmente condensate sulle pareti di una cavità formando piccoli, esagonalmente piastrine sagomate mentre questi piccoli cristalli non riproducibili consentivano alcuni dispositivi elettronici di base ricerca, non erano chiaramente adatti per la produzione di massa di semiconduttori. come tale, il silicio divenne il semiconduttore dominante che alimenta la rivoluzione tecnologica a stato solido, mentre l'interesse per la microelettronica sic-based era limitato
nonostante l'assenza di substrati sic, i potenziali benefici dell'elettronica siciliana per l'ambiente ostile hanno tuttavia guidato modesti sforzi di ricerca mirati ad ottenere sic in una forma di wafer producibile.altre questo fine, la crescita eteroepitassiale di strati di cristallo singolo sic in cima alla grande area i siliconsubstrates furono eseguiti per la prima volta nel 1983 e successivamente seguiti da molti altri nel corso degli anni usando una varietà di tecniche di crescita. principalmente a causa di grandi differenze nella costante del reticolo (~ 20% di differenza tra sic e si) e coefficiente di dilatazione termica (~ 8% di differenza), l'eteroepitassia di sic che usa il silicio come substrato porta sempre alla crescita di 3c-sic con una densità molto alta di difetti strutturali cristallografici come difetti di impilamento, microtwins e confini del dominio di inversione. altri materiali di wafer largearea oltre al silicio (come zaffiro, silicio su isolante e tic) sono stati impiegati come substrati per la crescita eteroepitassiale degli epilayer sic, ma i film risultanti sono stati di qualità comparabile con elevate densità di difetti cristallografici. il più promettente approccio 3c-sic-on-silicon ad oggi che abbia raggiunto la più bassa densità di difetti cristallografici prevede l'uso di substrati di silicio inducente. tuttavia, anche con questo approccio estremamente innovativo, le densità di dislocazione rimangono molto alte rispetto ai wafer esagonali di silicio e di massa. mentre alcuni dispositivi e circuiti elettronici a semiconduttore limitati sono stati implementati in 3c-sic coltivati su silicio, le prestazioni di questi componenti elettronici (come da questa scrittura) possono essere riassunte come severamente limitate dall'alta densità di difetti cristallografici nella misura in cui quasi nessuna i benefici operativi discussi nella sezione 5.3 sono stati realizzati in modo sostenibile. tra gli altri problemi, i difetti cristallini \"perdono\" la corrente parassita attraverso giunzioni del dispositivo polarizzate inverse dove non è desiderato il flusso di corrente. poiché i difetti di cristallo eccessivi portano a carenze del dispositivo elettrico, non ci sono ancora elettronica commerciale prodotta in 3c-sic coltivata su substrati di grande superficie. quindi, 3c-sic cresciuto su silicio attualmente ha più potenziale come materiale meccanico in applicazioni di sistemi microelettromeccanici (mems) (sezione 5.6.5) invece di essere usato esclusivamente come semiconduttore nell'elettronica tradizionale a transistor a stato solido.
alla fine degli anni '70, tairov e tzvetkov stabilirono i principi di base di un processo di crescita a sublimazione di semi modificati per la crescita di 6 ore. questo processo, noto anche come processo lely modificato, fu un passo avanti per sic in quanto offrì la prima possibilità di riprodurre in modo accettabile singoli cristalli singoli di sic che potevano essere tagliati e lucidati in wafer di produzione di massa. il processo di crescita di base si basa sul riscaldamento di materiale sorgente policristallino sic a ~ 2400 ° c in condizioni, dove sublima nella fase vapore e successivamente si condensa su un cristallo di seme più fresco. Questo produce una boule un po 'cilindrica di cristallo singolo sic che cresce più alto all'incirca al ritmo di pochi millimetri all'ora. ad oggi, l'orientamento preferito della crescita nel processo di sublimazione è tale che la crescita verticale di una boule cilindrica più alta procede lungo il \u0026 lt; 0 0 0 1 \u0026 gt; direzione dell'asse c cristallografico (cioè direzione verticale in figura 5.1). i wafer circolari \"c-axis\" con superfici normali (cioè perpendicolari entro 10 °) all'asse c possono essere segati dalla boule approssimativamente cilindrica. dopo anni di ulteriore sviluppo del processo di crescita della sublimazione, cree, inc., divenne la prima azienda a vendere wafer semiconduttori con diametro di 2,5 cm orientati verso l'asse c 6h-sic nel 1989. corrispondentemente, la stragrande maggioranza dello sviluppo e dell'elettronica semiconduttori sic la commercializzazione è avvenuta dal 1990 utilizzando wafer sic orientati all'asse c dei politipi di 6h e 4h sic. wafer di tipo n, di tipo p e semiinsulating sic di varie dimensioni (attualmente grandi come 7,6 cm di diametro) sono ora disponibili in commercio da una varietà di fornitori. vale la pena notare che le conduttività dei substrati ottenibili per i wafer di tipo p sono più di 10 × inferiori rispetto ai substrati di tipo n, che è in gran parte dovuto alla differenza tra le energie di ionizzazione drogante donatore e accettore in sic (tabella 5.1). più recentemente, le wafer sic sono cresciute con fonti di gas invece di sublimazione di fonti solide o una combinazione di gas e fonti solide sono state commercializzate. la crescita di sic boule e wafer orientati lungo altre direzioni cristallografiche, come gli orientamenti \"a-face\", sono stati studiati anche nell'ultimo decennio. mentre questi altri orientamenti sic wafer offrono alcune interessanti differenze nelle proprietà del dispositivo rispetto ai wafer orientati all'asse c convenzionale (menzionati brevemente nella sezione 5.5.5), tutte le parti elettroniche commerciali prodotte (come da questa scrittura) sono prodotte usando l'asse C wafer orientati. le dimensioni, i costi e la qualità dei wafer sono tutti molto critici per la producibilità e la resa del processo della microelettronica a semiconduttore prodotta in serie. rispetto ai normali standard di wafer di silicio, i wafer ...
la maggior parte dei dispositivi elettronici non sono fabbricati direttamente in wafer di crescita sublimatica, ma sono invece fabbricati in strati epitassiali sic di qualità molto più elevata che vengono coltivati sulla parte iniziale del wafer di sublimazione. gli epilayer ben cresciuti hanno proprietà elettriche superiori e sono più controllabili e riproducibili del materiale in cialda coltivato in sublimazione. pertanto, la crescita controllata di epilayer di alta qualità è molto importante nella realizzazione di elettronica utile.
è stata studiata una interessante varietà di metodologie di crescita epitassiale sic, che vanno dall'epitassia in fase liquida, epitassia da fasci molecolari e deposizione chimica da vapore (cvd). la tecnica di crescita di cvd è generalmente accettata come il metodo più promettente per ottenere riproducibilità, qualità e throughput di epilayer richiesti per la produzione di massa. nei termini più semplici, le variazioni di sic cvd sono effettuate riscaldando sic substrati in un \"reattore\" di camera con fluidi di gas contenenti silicio e carbonio che si decompongono e depositano si c sul wafer permettendo a un epilayer di crescere in un pozzo ordinato moda monocristallo in condizioni controllate. I processi di crescita epitassiale convenzionali sono eseguiti a temperature di crescita del substrato comprese tra 1400 ° C e 1600 ° C a pressioni da 0,1 a 1 atm, con un tasso di crescita dell'ordine di pochi micrometri all'ora. temperatura più elevata (fino a 2000 ° c) i processi di crescita del cvd, alcuni dei quali utilizzano le tecniche di crescita a base di alogenuro, sono stati anche pionieristici per ottenere percentuali di crescita dell'epidayer più sicure dell'ordine di centinaia di micrometri all'ora che sembrano sufficienti per la crescita di massa bocce oltre a strati epitassiali molto spessi necessari per i dispositivi ad alta tensione. nonostante il fatto che le temperature di crescita sic siano significativamente superiori alle temperature di crescita epitassiali usate per la maggior parte degli altri semiconduttori, sono state sviluppate e commercializzate una varietà di configurazioni del reattore di crescita epitassiale sic cvd. per esempio, alcuni reattori impiegano un flusso di gas reagente orizzontale attraverso il wafer sic, mentre altri si affidano al flusso verticale di gas reagenti; alcuni reattori hanno wafer circondati da configurazioni \"a parete calda\" o \"a parete calda\" riscaldate, mentre altri reattori a \"parete fredda\" riscaldano solo un suscettore che risiede direttamente sotto il wafer sic. la maggior parte dei reattori utilizzati per la produzione commerciale di elettronica elettronica ruotano il campione per garantire un'elevata uniformità dei parametri dell'epilayer attraverso il wafer. i sistemi sic cvd capaci di produrre simultaneamente epilayers su più wafer hanno permesso un maggiore throughput di wafer per la produzione di dispositivi elettronici sic.
informazioni sui contatti
luna@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com 
+86-592-5601 404
