Wat is de oriëntatie van SiC-substraat?

Omdat het kristal niet oneindig is, komt het uiteindelijk in een vlak terecht.de eigenschappen van het oppervlak kunnen dus van invloed zijn op de eigenschappen van het apparaatDeze oppervlakte-eigenschappen worden over het algemeen beschreven door het kristalvlak of de richting van het kristal.

1. Oriëntatie van het SiC-substraat

Kristallenoriëntatie: de richting die wordt aangegeven door de lijn tussen twee atomen/moleculen/ionen in een kristallencel wordt kristallenoriëntatie genoemd.
 

Kristalvlak: het vlak dat gevormd wordt door een reeks atomen/moleculen/ionen wordt het kristallenvlak genoemd.
 

Crystal oriëntatie index: Neem een bepaald punt O van de eenheid cel als de oorsprong, stel de coördinatenas X/Y/Z door de oorsprong O,neem de lengte van de roostervector van de eenheidscelle als de lengte-eenheid van de coördinatenas, maak een rechte lijn OP door de oorsprong O, vereisen P punt het dichtst bij het punt O, en maak het parallel aan de kristal richting AB, bepalen de drie coördinaten waarden van het punt P,de drie waarden omzetten in het minimale gehele getal u, v, w, plus vierkante haakjes, [uvw] is de kristal oriëntatie index van AB te bepalen.Een kristalrichting waarin alle richtingen die door de index worden aangegeven consistent en parallel met elkaar zijn.

Crystal oriëntatie groep: Crystal atomen zijn gerangschikt in dezelfde set van kristal aan bekend als de kristal aan de familie, zoals de kubische kristal systeem, a / b / c drie waarden zijn hetzelfde,[111] kristallen wafer tot in totaal acht per clan ([111], [111], [1-11] en [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Deze oriëntatiegroep wordt aangeduid met <111>.[0-10] en [00-1]Als het niet kubisch is, kan de oriëntatiegroep verschillen door de volgorde van de oriëntatieindex te wijzigen.

2.Schematisch schema van de wafer C en Si met waferdiameter, primair vlak, secundair vlak en lasermarkeringspositie.

3. Waarom worden <100> kristallijne substraten vaak gebruikt voor de vervaardiging van energieapparaten zoals MOSFET's?

Vermogenstoestellen zijn over het algemeen oppervlakkekanaltoestellen en de dichtheid van de toestand van oppervlaktefouten heeft een grote invloed op de drempelspanning en betrouwbaarheid.De atoomoppervlakdichtheid van (100) kristaloppervlak is de kleinste, en de bijbehorende atoomoppervlakdichtheid van staten is ook de kleinste.en minder gebreken ontstaan wanneer het oppervlak van het apparaat geoxideerd wordt.
 

Door de geringe dichtheid van (100) kristaloppervlak, is de thermische oxidatie en etseringssnelheid relatief snel, de procesleiders van <100> kristalrichting procesonderzoek is ook meer;
De <110> kristalrichting is de richting met de hoogste elektronmobiliteit in siliciumwafers, omdat de atomen in de <110> kristalrichting relatief dicht opgesteld zijn,En de elektronen zullen minder obstakels tegenkomen als ze zich in deze richting bewegen., dus de elektronen mobiliteit is hoog. Echter, de atomen in de <100> kristal richting los zijn gerangschikt, en de elektronen zullen worden belemmerd door vele obstakels bij het bewegen in deze richting,dus de elektronen mobiliteit is relatief laagHoewel < 110> oriëntatie siliciumwafers in sommige opzichten een betere prestatie hebben,zij worden niet vaak gebruikt vanwege hun strakke roosterstructuur en de hoge kosten en technische moeilijkheden van het snijden van siliciumwafers in < 110> oriëntatiewafers.
 

In sommige ontwerpen voor de lay-out van apparaten is de celrichting of de polikristalliene richting van de poort niet loodrecht op het scriptkanaal, maar is deze op een hoek van 45 graden met het scriptkanaal,het doel is om de richting van het kanaal van de kristalrichting tot < 110 te maken, de mobiliteit van ladingsdragers te verhogen, het verlies te verminderen, naast de verschillende lay-outrichting, is de algehele spanningsconsistentie van de wafer ook gunstig.er waren steeds meer groove-type apparaten, en de richting van de kanaalladingsdragers loodrecht op het kristalvlak, dus het was van weinig belang om de andere richting te veranderen in termen van mobiliteitsverbetering.

Voor 40 nm gebruiken CMOS-processen meestal <100> kristaloriëntatie-substraten.Deze kant op.Het PMOS-kanaal is het gevoeligst voor drukspanning, waardoor de mobiliteit maximaal kan worden verbeterd.Het 28nm-proces maakt gebruik van de germanium-silicium-stresstechnologie voor het optimaliseren van het gat., die met ongeveer 20% kan worden verbeterd in de <100> kristalrichting. Hoewel <110> oriëntatie siliciumwafers in sommige opzichten betere prestaties hebben vanwege hun strakke roosterstructuur,siliciumwafers zijn duurder en technisch moeilijk te snijden in < 110> oriëntatiewafels.

4. Waarom SiC-kernapparaten vaak zijn gemaakt van 4H-SiC-kristallenstructuur en <0001> wafers?

Onder de verschillende kristalsoorten SiC heeft 3C-SiC de laagste bindingsenergie, de hoogste roostervrije energie en makkelijke nucleatie, maar het is in metastabiele toestand,met een lage stabiliteit en een gemakkelijke solide faseoverdrachtDe faseovergang vindt eerder plaats onder invloed van externe omstandigheden.3C-SiC kan een fase-transformatie ondergaan en andere kristallen vormen krijgen.

Het volgende is een specifieke vergelijking van het prestatieverschil tussen 4H-SiC en 6H-SiC om te weten waarom SiC-kragtoestellen gewoonlijk een 4H-SiC-kristallenstructuur gebruiken:

De belangrijkste verschillen tussen 4H SiC en 6H-SiC liggen in hun kristalstructuur, fysieke eigenschappen en elektrische eigenschappen.4H SiC heeft een ABCB stapelvolgorde en een hogere symmetrie in vergelijking met de ABABAB stapeling van 6H-SiCDit verschil in symmetrie beïnvloedt het groeiproces van het kristal, wat resulteert in een kleinere defectdichtheid van 4H-sic en een betere kristalkwaliteit.4H-SiC vertoont een hogere thermische geleidbaarheid langs de C-as en een hogere dragermobiliteit, waardoor het geschikt is voor toepassingen met hoge frequentie en hoge vermogen, zoals MOSFET's, Schottky-dioden en bipolaire verbindingstransistoren.6H-SiC heeft lagere diepvlakdefecten en een lagere dragerrecombinatie, die meer geschikt is voor hoogwaardige substraatoepassingen, zoals hoogwaardige substraatoepassingen, epitaxiale groei en de productie van elektronische apparaten.De keuze tussen de twee kristallenstructuren hangt af van de specifieke vereisten van het halfgeleiderapparaat en de beoogde toepassing.

5. Waarom is de waferoriëntatie van SiC-aandrijvingsapparaten vaak <0001>?

Volgens de kristaloriëntatieanalyse van silicium heeft de kristalstructuur van 4H-SiC <0001> de volgende voordelen:

Voordeel van de kristallenstructuur:

De waferstructuur van SiC-materiaal heeft een goede roostermatch in de <0001> kristalrichting, wat een hoge kristalkwaliteit en waferintegriteit in het wafergroei- en productieproces mogelijk maakt.

De oriëntatie <0001> kan een Si-C-bindingsoppervlak vormen met een lage dichtheid aan interfacetoestanden, wat gunstig is voor het verkrijgen van een SiC-SiO2-interface van hoge kwaliteit.

Het oppervlak van de <0001> kristalrichting is relatief vlak, wat gunstig is voor het verkrijgen van een hoogwaardige epitaxiale filmgroei.de dichtheid van koolstofatomen in de kristalline richting van <0001> hoger is, wat leidt tot een hogere intensiteit van het elektrisch veld bij afbraak, wat zeer belangrijk is om de isolatiebetrouwbaarheid van het apparaat te waarborgen.

Voordeel van de thermische geleidbaarheid:

Het SiC-materiaal heeft een zeer hoge thermische geleidbaarheid, wat een efficiëntere warmteafvoer mogelijk maakt tijdens het gebruik van energieapparaten.die de warmteafvoerprestaties van de chip verder verbetert en de vermogendichtheid en betrouwbaarheid van het aandrijfinrichting verbetert.

Voordelen van het apparaat: De <0001> SiC-wafer kan een lagere lekstroom en een hogere breukspanning bereiken.de SiC-wafer heeft ook een hogere dragermobiliteit en een groot spontaan polarisatie-effect, dat kan worden gebruikt om de elektronendichtheid van het MOSFET-kanaal te verhogen, de geleidingsstroom in de geleidingsstaat te verbeteren,en helpen de schakelingssnelheid en de werkfrequentie van het apparaat te verbeteren.