SiC-on-Isolator SiCOI-substraten met een hoge warmtegeleidbaarheid

Inleiding

Silicon Carbide on Insulator (SiCOI) dunne folies zijn innovatieve composietmaterialen, die doorgaans worden vervaardigd door een dunne laag van hoogwaardig siliciumcarbide (SiC) van een enkelkristallijn (500~600 nm,afhankelijk van de specifieke toepassingen) op een substraat van siliciumdioxide (SiO2)SiC staat bekend om zijn uitzonderlijke thermische geleidbaarheid, hoge afbraakspanning en uitstekende chemische weerstand.Dit materiaal kan tegelijkertijd voldoen aan de veeleisende eisen van hoog vermogen, hoogfrequente en hoge temperatuur toepassingen.
                                                               

Beginsel

De fabricage van dunne SiCOI-films kan worden bereikt met behulp van CMOS-compatibele processen zoals ionen snijden en binden, waardoor naadloze integratie met bestaande elektronische circuits mogelijk is.

Ionensnijproces
Een van de processen is gebaseerd op ionen snijden (Smart Cut) en SiC laag overdracht, gevolgd door wafer binding.Deze techniek is toegepast op de grootschalige productie van silicon-on-isolator (SOI) wafersIn SiC-toepassingen kan ionimplantatie echter schade veroorzaken die niet kan worden hersteld door thermisch gloeien, wat leidt tot overmatige verliezen in fotonische structuren.thermisch gloeien bij hoge temperaturen van meer dan 1000°C is niet altijd verenigbaar met bepaalde procesvereisten.

 
Om deze problemen op te lossen, kunnen slijp- en chemisch-mechanisch polijsten (CMP) -technieken worden gebruikt om de gebonden SiC/SiO2-Si-stapel rechtstreeks te verdunnen tot < 1 μm, waardoor een glad oppervlak wordt bereikt.Verdere verdunning kan worden bereikt door middel van reactieve ionen etsen (RIE)Bovendien is aangetoond dat CMP met behulp van natte oxidatie de oppervlaktrauwheid en verspreidingsverliezen effectief vermindert,Terwijl hoge-temperatuur gloeien kan de wafer kwaliteit verder te optimaliseren.
                                                                 

Waferbindingstechnologie
Een andere voorbereidingsmethode is waferbindingstechnologie.waarbij druk wordt uitgeoefend tussen siliciumcarbide (SiC) en silicium (Si) wafers en de thermisch-oxideringslagen van de twee wafers worden gebruikt voor bindingDe thermisch-oxidatieschaal van SiC kan echter lokale defecten veroorzaken op de SiC-oxide-interface.BovendienIn de eerste plaats wordt de siliciumdioxide-laag op SiC meestal bereid door plasma-versterkte chemische dampdepositie (PECVD), en dit proces kan ook tot bepaalde structurele problemen leiden.

 
Om de bovenstaande uitdagingen te overwinnen, is een nieuw 3C-SiCOI-chipproductieproces voorgesteld, waarbij een anodisch bindproces wordt gebruikt in combinatie met borosilicaatglas,Hierdoor worden alle functies van siliciummicromachining/CMOS en SiC-fotonica behoudenBovendien kan amorfe SiC ook rechtstreeks op de SiO2/Si-wafer worden afgezet door middel van PECVD of sputtering, waardoor een vereenvoudigde procesintegratie wordt bereikt.Al deze methoden zijn volledig compatibel met CMOS processen, waarbij de toepassing van SiCOI op het gebied van fotonica verder wordt bevorderd.
                                                                                 

Voordelen
In vergelijking met de bestaande materialenplatformen van silicium-on-isolator (SOI), siliciumnitride (SiN) en lithiumniobate-on-isolator (LNOI),het SiCOI-materiaalplatform toont aanzienlijke voordelen in optische toepassingen en wordt het volgende generatie-materiaalplatform voor quantumtechnologieDe specifieke voordelen zijn als volgt:

• Het vertoont een uitstekende transparantie in het golflengtebereik van ongeveer 400 nm tot ongeveer 5000 nm en bereikt uitstekende prestaties met een golfgeleiderverlies van minder dan 1 dB/cm.
• Het ondersteunt meerdere functies zoals electro - optische modulatie, thermische schakeling en frequentietuning.
• Het toont tweede harmonische generatie en andere niet-lineaire optische kenmerken en kan dienen als een enkelfoton bron platform op basis van kleur centra.

 
- Ik weet het niet.Toepassingen

Bovendien combineert SiCOI de voordelen van siliciumcarbide (SiC) op het gebied van hoge thermische geleidbaarheid en hoge afbraakspanning met de goede elektrische isolatie eigenschappen van isolatoren,en verbetert de optische eigenschappen van de originele SiC-waferHet wordt veel gebruikt in high-tech velden zoals geïntegreerde fotonica, quantum optica en power apparaten.onderzoekers hebben een groot aantal fotonische componenten van hoge kwaliteit ontwikkeld, met inbegrip van lineaire golfgeleiders, microringsresonatoren, fotonische kristalgolfgeleiders, microdiscresonatoren, elektro-optische modulatoren, Mach-Zehnder-interferometers (MZI's) en bundelsplitters.Deze componenten hebben lage verliezen en hoge prestaties, die een solide technische basis biedt voor kwantumcommunicatie, fotonische computing en hoogfrequente energieapparaten.
 
 
Silicon Carbide on Insulator (SiCOI) dunne folies zijn innovatieve composietmaterialen, die doorgaans worden vervaardigd door een dunne laag van hoogwaardig siliciumcarbide (SiC) van een enkelkristallijn (500~600 nm,afhankelijk van de specifieke toepassingen) op een substraat van siliciumdioxide (SiO2)SiC staat bekend om zijn uitzonderlijke thermische geleidbaarheid, hoge afbraakspanning en uitstekende chemische weerstand.Dit materiaal kan tegelijkertijd voldoen aan de veeleisende eisen van hoog vermogen, hoogfrequente en hoge temperatuur toepassingen.
 
                                                      
 

V&A

V1: Wat is het verschil tussen SICOI en traditionele SiC-on-Si-apparaten?
A:Het isolatiesubstraat van SICOI (bijv. Al2O3) elimineert parasitaire capaciteit en lekstromen van siliciumsubstraten en voorkomt defecten veroorzaakt door niet-match van het rooster.Dit resulteert in een superieure betrouwbaarheid van het apparaat en frequentieprestaties.
 
V2: Kunt u een typisch toepassingsgeval van SICOI in de automobielelektronica geven?
- Ik weet het niet.A:Tesla Model 3 omvormers gebruiken SiC MOSFET's. Toekomstige SICOI-gebaseerde apparaten kunnen de energie-dichtheid en de werktemperatuur nog verder verbeteren.
 
V3: Wat zijn de voordelen van SICOI in vergelijking met SOI (silicon-on-insulator)?
- Ik weet het niet.A:

• - Ik weet het niet.Materiaalprestaties:De brede bandgap van SICOI maakt het mogelijk om te werken bij hoger vermogen en hogere temperaturen, terwijl SOI beperkt is door hete drager effecten.
• Optische prestaties:SICOI bereikt golfgeleiderverliezen van < 1 dB/cm, aanzienlijk lager dan SOI's ~ 3 dB/cm, waardoor het geschikt is voor hoogfrequente fotonica.
• - Ik weet het niet.Functionele uitbreiding:SICOI ondersteunt niet-lineaire optica (bijv. tweede harmonische generatie), terwijl SOI voornamelijk op lineaire optische effecten berust.

 
Verwante producten