SiC ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ ప్రాసెస్ యొక్క ప్రాథమిక పరిచయం

ఎపిటాక్సియల్ పొర అనేది ఎపి·టాక్సియల్ ప్రక్రియ ద్వారా పొరపై పెరిగిన ఒక నిర్దిష్ట సింగిల్ క్రిస్టల్ ఫిల్మ్, మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ పొర మరియు ఎపిటాక్సియల్ ఫిల్మ్‌ను ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్ అంటారు. వాహక సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచడం ద్వారా, సిలికాన్ కార్బైడ్ సజాతీయ ఎపిటాక్సియల్ పొరను షాట్కీ డయోడ్‌లు, MOSFETలు, IGBTలు మరియు ఇతర పవర్ డివైజ్‌లలోకి మరింతగా తయారు చేయవచ్చు, వీటిలో 4H-SiC సబ్‌స్ట్రేట్ ఎక్కువగా ఉపయోగించబడుతుంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ డివైస్ మరియు సాంప్రదాయ సిలికాన్ పవర్ డివైస్ యొక్క విభిన్న తయారీ ప్రక్రియ కారణంగా, ఇది నేరుగా సిలికాన్ కార్బైడ్ సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్‌పై రూపొందించబడదు. వాహక సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై అదనపు అధిక-నాణ్యత ఎపిటాక్సియల్ పదార్థాలను తప్పనిసరిగా పెంచాలి మరియు ఎపిటాక్సియల్ పొరపై వివిధ పరికరాలను తయారు చేయాలి. అందువల్ల, ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క నాణ్యత పరికరం యొక్క పనితీరుపై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. వివిధ పవర్ పరికరాల పనితీరు మెరుగుదల ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం, డోపింగ్ ఏకాగ్రత మరియు లోపాల కోసం అధిక అవసరాలను కూడా ముందుకు తెస్తుంది.

అంజీర్. 1. డోపింగ్ ఏకాగ్రత మరియు యూనిపోలార్ పరికరం యొక్క ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం మరియు నిరోధించే వోల్టేజ్ మధ్య సంబంధం

SIC ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క తయారీ పద్ధతులలో ప్రధానంగా బాష్పీభవన వృద్ధి పద్ధతి, ద్రవ దశ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ (LPE), మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ (MBE) మరియు రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం, రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) అనేది కర్మాగారాలలో పెద్ద-స్థాయి ఉత్పత్తికి ఉపయోగించే ప్రధాన పద్ధతి.

అంజీర్. 2. ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క ప్రధాన తయారీ పద్ధతుల పోలిక

ఫిగర్ 2(బి)లో చూపిన విధంగా, నిర్దిష్ట వంపు కోణంతో ఆఫ్-యాక్సిస్ {0001} సబ్‌స్ట్రేట్‌లో, స్టెప్ ఉపరితలం యొక్క సాంద్రత పెద్దది మరియు స్టెప్ ఉపరితలం యొక్క పరిమాణం తక్కువగా ఉంటుంది మరియు క్రిస్టల్ న్యూక్లియేషన్ సులభం కాదు దశ ఉపరితలంపై సంభవిస్తుంది, కానీ చాలా తరచుగా దశ యొక్క విలీన బిందువు వద్ద సంభవిస్తుంది. ఈ సందర్భంలో, ఒక న్యూక్లియేటింగ్ కీ మాత్రమే ఉంటుంది. అందువల్ల, ఎపిటాక్సియల్ పొర ఉపరితలం యొక్క స్టాకింగ్ క్రమాన్ని సంపూర్ణంగా ప్రతిబింబిస్తుంది, తద్వారా బహుళ-రకం సహజీవనం యొక్క సమస్యను తొలగిస్తుంది.

అంజీర్. 3. 4H-SiC స్టెప్ కంట్రోల్ ఎపిటాక్సీ పద్ధతి యొక్క భౌతిక ప్రక్రియ రేఖాచిత్రం

అంజీర్. 4. 4H-SiC దశ-నియంత్రిత ఎపిటాక్సీ పద్ధతి ద్వారా CVD వృద్ధికి క్లిష్టమైన పరిస్థితులు

అంజీర్. 5. 4H-SiC ఎపిటాక్సీలో వివిధ సిలికాన్ మూలాల కింద వృద్ధి రేట్ల పోలిక

ప్రస్తుతం, సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సీ సాంకేతికత తక్కువ మరియు మధ్యస్థ వోల్టేజ్ అనువర్తనాల్లో (1200 వోల్ట్ పరికరాలు వంటివి) సాపేక్షంగా పరిపక్వం చెందింది. ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం ఏకరూపత, డోపింగ్ ఏకాగ్రత ఏకరూపత మరియు లోపం పంపిణీ సాపేక్షంగా మంచి స్థాయికి చేరుకుంటుంది, ఇది ప్రాథమికంగా మధ్య మరియు తక్కువ వోల్టేజ్ SBD (షాట్కీ డయోడ్), MOS (మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్), JBS ( జంక్షన్ డయోడ్) మరియు ఇతర పరికరాలు.

అయినప్పటికీ, అధిక పీడన రంగంలో, ఎపిటాక్సియల్ పొరలు ఇంకా అనేక సవాళ్లను అధిగమించాలి. ఉదాహరణకు, 10,000 వోల్ట్‌లను తట్టుకోవాల్సిన పరికరాల కోసం, ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం 100μm ఉండాలి. తక్కువ-వోల్టేజ్ పరికరాలతో పోలిస్తే, ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం మరియు డోపింగ్ ఏకాగ్రత యొక్క ఏకరూపత చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి, ముఖ్యంగా డోపింగ్ ఏకాగ్రత యొక్క ఏకరూపత. అదే సమయంలో, ఎపిటాక్సియల్ పొరలో త్రిభుజం లోపం పరికరం యొక్క మొత్తం పనితీరును కూడా నాశనం చేస్తుంది. అధిక-వోల్టేజ్ అప్లికేషన్‌లలో, పరికర రకాలు బైపోలార్ పరికరాలను ఉపయోగిస్తాయి, దీనికి ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌లో అధిక మైనారిటీ జీవితకాలం అవసరం, కాబట్టి మైనారిటీ జీవితకాలాన్ని మెరుగుపరచడానికి ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయాలి.

ప్రస్తుతం, దేశీయ ఎపిటాక్సీ ప్రధానంగా 4 అంగుళాలు మరియు 6 అంగుళాలు, మరియు పెద్ద-పరిమాణ సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సీ నిష్పత్తి సంవత్సరానికి పెరుగుతోంది. సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ షీట్ పరిమాణం ప్రధానంగా సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ పరిమాణంతో పరిమితం చేయబడింది. ప్రస్తుతం, 6-అంగుళాల సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ వాణిజ్యీకరించబడింది, కాబట్టి సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ క్రమంగా 4 అంగుళాల నుండి 6 అంగుళాలకు మారుతోంది. సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీ సాంకేతికత మరియు సామర్థ్య విస్తరణ యొక్క నిరంతర అభివృద్ధితో, సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ ధర క్రమంగా తగ్గుతోంది. ఎపిటాక్సియల్ షీట్ ధర యొక్క కూర్పులో, సబ్‌స్ట్రేట్ ఖర్చులో 50% కంటే ఎక్కువ ఉంటుంది, కాబట్టి సబ్‌స్ట్రేట్ ధర క్షీణించడంతో, సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ షీట్ ధర కూడా తగ్గుతుందని భావిస్తున్నారు.