Technologie 5.silicon de carbure
  • Fonctionnement du dispositif à haute puissance 5-3-2

    2018-01-08

    le champ de claquage élevé et la conductivité thermique élevée de sic couplé avec la haute jonction opérationnelle les températures permettent théoriquement des densités et des rendements extrêmement élevés dispositifs. le champ de rupture élevé de sic par rapport au silicium permet à la région de tension de blocage d'un dispositif d'alimentation d'environ 10 fois plus mince et 10 fois plus lourd, ce qui permet de diminution bénéfique de la résistance de blocage à la même tension nominale. énergie significative les pertes dans de nombreux circuits de système haute puissance en silicium, en particulier la commande par moteur à commutation dure et la puissance circuits de conversion, proviennent de la perte d'énergie de commutation à semi-conducteurs. tandis que la physique de perte de commutation de dispositif à semi-conducteurs sont discutés en détail ailleurs, la perte d'énergie de commutation est souvent fonction du temps d'arrêt du dispositif de commutation à semi-conducteurs, généralement défini comme intervalle de temps entre l'application d'un biais d'arrêt et le moment où l'appareil coupe la plupart des du flux de courant. en général, plus un appareil s'éteint rapidement, plus sa perte d'énergie est réduite circuit de conversion de puissance. pour des raisons de topologie de l'appareil discutées dans les références 3,8, et 19-21, sic Un champ de claquage élevé et un bandgap à large énergie permettent une commutation de puissance beaucoup plus rapide que possible dans des dispositifs de commutation de puissance de silicium à tension nominale comparable à un ampèremètre. le fait que le fonctionnement à haute tension est réalisé avec beaucoup plus minces régions de blocage en utilisant sic permet une commutation beaucoup plus rapide (pour des tension nominale) dans les structures de dispositifs de puissance unipolaire et bipolaire. par conséquent, le pouvoir basé sur sic les convertisseurs pourraient fonctionner à des fréquences de commutation plus élevées avec une efficacité beaucoup plus grande (c'est-à-dire, moins de commutation perte d'énergie). fréquence de commutation plus élevée dans les convertisseurs de puissance est hautement souhaitable, car il permet l'utilisation de plus petits condensateurs, inducteurs et transformateurs, ce qui peut réduire considérablement la taille, le poids et le coût du convertisseur de puissance. tandis que la plus petite résistance de sic et une commutation plus rapide aide à minimiser la perte d'énergie et la génération de chaleur, La conductivité thermique élevée de sic permet une élimination plus efficace de l'énergie thermique résiduelle dispositif. parce que l'efficacité du rayonnement de l'énergie thermique augmente considérablement avec l'augmentation de la différence de température entre l'appareil et le refroidissement ambiant, la capacité de sic à fonctionner à des températures de jonction un refroidissement beaucoup plus efficace, de sorte que les dissipateurs thermiques et les autres dispositi...

  • Avantages du système 5-3-3 des dispositifs sic à haute température à haute puissance

    2018-01-08

    Le fonctionnement non refroidi de l'électronique sic haute température et haute puissance permettrait améliorations aux systèmes aérospatiaux. remplacement des commandes hydrauliques et des groupes auxiliaires Les commandes électromécaniques \"intelligentes\" distribuées capables d'un fonctionnement ambiant difficile les économies de poids des aéronefs à réaction, la maintenance réduite, la réduction de la pollution, l'augmentation de la consommation de carburant et fiabilité opérationnelle. Les commutateurs à semi-conducteurs à haute puissance sic permettront également de gestion et contrôle de l'énergie électrique. gains de performance de l'électronique sic pourrait permettre le réseau public d'électricité pour répondre à la demande croissante d'électricité des consommateurs centrales de production, et améliorent la qualité de l'énergie et la fiabilité opérationnelle grâce à une gestion de l'énergie «intelligente». des entraînements de moteurs électriques plus efficaces activés par sic bénéficieront également à la production industrielle systèmes ainsi que des systèmes de transport tels que les locomotives de chemin de fer diesel-électriques, le transport de masse électrique systèmes, les navires à propulsion nucléaire et les automobiles et autobus électriques. à partir des discussions ci-dessus, il devrait être évident que sic haute puissance et à haute température solidstate l'électronique promet d'énormes avantages qui pourraient avoir un impact important sur les systèmes de transport et l'utilisation de l'énergie à l'échelle mondiale. en améliorant la distribution et l'utilisation de l'électricité, améliorer les véhicules électriques afin qu'ils deviennent des substituts plus viables pour les moteurs à combustion interne véhicules, et améliorer l'efficacité du carburant et réduire la pollution des autres moteurs à combustion et les usines de production, sic electronics promet le potentiel d'améliorer la vie quotidienne de tous les citoyens de planète Terre.

  • 5-4 croissance des cristaux de semi-conducteurs sic

    2018-01-08

    à ce jour, une grande partie de la promesse théorique exceptionnelle de l'électronique sic mis en évidence dans le la section précédente est largement restée non réalisée. un bref examen historique montre rapidement que sérieux lacunes dans la fabricabilité et la qualité des matériaux semi-conducteurs sic ont grandement entravé la développement de l'électronique à semi-conducteurs sic. d'un point de vue simple, sic electronics le développement a très bien suivi la règle générale qu'un dispositif électronique à l'état solide peut seulement être aussi bon que le matériau semi-conducteur à partir de laquelle il est fabriqué.

  • 5-4-1 manque historique de gaufrettes sic

    2018-01-08

    Des gaufrettes reproductibles d'une consistance, d'une taille, d'une qualité et d'une disponibilité raisonnables sont une condition préalable production de masse commerciale d'électronique à semi-conducteurs. de nombreux matériaux semi-conducteurs peuvent être fondus et recristallisé de manière reproductible en grands monocristaux à l'aide d'un cristal germe, comme dans le czochralski méthode utilisée dans la fabrication de presque toutes les plaquettes de silicium, permettant raisonnablement large gaufrettes à produire en série. cependant, parce que sic sublime au lieu de fondre à raisonnablement accessible pressions, sic ne peut pas être cultivé par des techniques classiques de croissance à l'état fondu. avant 1980, expérimental Les dispositifs électroniques sic ont été confinés à de petites plaquettes de cristaux sic (généralement 1) de forme irrégulière cultivé en tant que sous-produit du procédé Acheson pour fabriquer des abrasifs industriels (par exemple du papier de verre) ou par le processus de Lely. dans le procédé Lely, sic sublimé à partir de poudre polycristalline sic à des températures proches de 2500 ° c sont condensées de manière aléatoire sur les parois d'une cavité formant de petites, hexagonales plaquettes en forme. alors que ces petits cristaux non reproductibles permettaient une électronique de base recherche, ils n'étaient clairement pas adaptés à la production de masse de semi-conducteurs. en tant que tel, le silicium est devenu le semi-conducteur dominant alimentant la révolution technologique à l'état solide, tout en s'intéressant à la microélectronique à base de sic était limité.

  • 5-4-2 croissance de 3c-sic sur des substrats de grande surface (silicium)

    2018-01-08

    malgré l'absence de substrats sic, les avantages potentiels de l'électronique hostile-environnement sic ont néanmoins conduit à de modestes efforts de recherche visant à obtenir des sic dans une forme de plaquette manufacturable. À cette fin, la croissance hétéroépitaxiale des couches monocristallines sur le dessus de grandes surfaces. Les substrats siliciques ont été d'abord réalisés en 1983, puis suivis par un grand nombre d'autres au cours des années en utilisant une variété de techniques de croissance. principalement en raison de grandes différences de constante de réseau (différence de ~ 20% entre sic et si) et de coefficient de dilatation thermique (différence de 8%), l'hétéroépitaxie de sic utilisant du silicium comme substrat entraîne toujours une croissance de 3c-sic avec une densité très élevée des défauts structuraux cristallographiques tels que les défauts d'empilement, les microtwins et les limites de domaine d'inversion. d'autres matériaux de plaquettes de grande taille en plus du silicium (comme le saphir, le silicium sur isolant et le tic) ont été utilisés comme substrats pour la croissance hétéroépitaxiale des épilateurs sic, mais les films résultants étaient de qualité médiocre comparable avec des densités de défauts cristallographiques élevées. l'approche 3c-sic-on-silicon la plus prometteuse à ce jour qui a atteint la densité de défauts cristallographiques la plus faible implique l'utilisation de substrats de silicium ondulants. Cependant, même avec cette approche très novatrice, les densités de dislocation restent très élevées par rapport aux plaquettes sic hexagonales en silicium et en vrac. Alors que certains dispositifs et circuits électroniques semi-conducteurs limités ont été implémentés en 3c-sic cultivé sur silicium, les performances de ces composants électroniques (à ce jour) peuvent être résumées comme fortement limitées par la haute densité de défauts cristallographiques dans la mesure où les avantages opérationnels discutés à la section 5.3 ont été raisonnablement réalisés. parmi d'autres problèmes, les défauts cristallins \"fuient\" le courant parasite à travers des jonctions de dispositif à polarisation inverse où le courant n'est pas souhaité. Parce que les défauts cristallins excessifs conduisent à des défaillances du dispositif électrique, il n'y a pas encore d'électronique commerciale fabriquée en 3c-sic cultivée sur des substrats de grande surface. ainsi, 3c-sic cultivé sur silicium a actuellement plus de potentiel en tant que matériau mécanique dans les applications de systèmes microélectromécaniques (mems) (section 5.6.5) au lieu d'être utilisé uniquement comme semi-conducteur dans l'électronique transistor traditionnelle.

  • Croissance 5-4-3 de plaquettes sic polyagonales hexagonales

    2018-01-08

    à la fin des années 1970, tairov et tzvetkov ont établi les principes de base d'un processus de croissance par sublimation avec ensemencement modifié pour la croissance de 6h-sic. Ce procédé, également appelé procédé Lely modifié, a été une percée pour sic en ce sens qu'il offrait la première possibilité de croissance reproductible de grands monocristaux de sic pouvant être coupés et polis en plaquettes sic produites en masse. le processus de croissance de base est basé sur le chauffage de la matière sic polycristalline à ~ 2400 ° c dans des conditions où il se sublime dans la phase vapeur et se condense ensuite sur un cristal de sic plus froid qui produit une boule de cristaux monocristallins plus gros à peu près à quelques millimètres par heure. à ce jour, l'orientation préférée de la croissance dans le processus de sublimation est telle que la croissance verticale d'une boule cylindrique plus grande se déroule le long de la \u0026 lt; 0 0 0 1 \u0026 gt; direction de l'axe c cristallographique (c'est-à-dire, direction verticale sur la figure 5.1). des tranches circulaires \"d'axe c\" avec des surfaces qui sont normales (c'est-à-dire perpendiculaires à moins de 10 °) à l'axe c peuvent être sciées à partir de la boule grossièrement cylindrique. Après des années de développement du processus de croissance par sublimation, cree, inc., est devenue la première entreprise à vendre des semi-conducteurs de 2,5 cm de diamètre en 6h-sic axés sur l'axe c en 1989. En conséquence, la grande majorité la commercialisation a eu lieu depuis 1990 en utilisant des tranches sic orientées sur l'axe C des polytypes 6h et 4h-sic. Des plaquettes sic de type n, de type p et semi-isolantes de différentes tailles (actuellement de 7,6 cm de diamètre) sont maintenant disponibles dans le commerce auprès de divers fournisseurs. Il convient de noter que les conductivités de substrat réalisables pour les plaquettes sic de type p sont plus de 10 fois plus petites que pour les substrats de type n, ce qui est largement dû à la différence entre les énergies d'ionisation du dopant donneur et accepteur (tableau 5.1). plus récemment, des plaquettes sic cultivées avec des sources de gaz au lieu de la sublimation de sources solides ou une combinaison de sources gazeuses et solides ont également été commercialisées. la croissance des boules et des plaquettes sic orientées le long d'autres directions cristallographiques, telles que les orientations \"a-face\", a également été étudiée au cours de la dernière décennie. alors que ces autres orientations de plaquettes sic offrent des différences intéressantes dans les propriétés des appareils par rapport aux plaquettes conventionnelles axées sur l'axe c (mentionnées brièvement à la section 5.5.5), toutes les pièces électroniques commerciales produites (à ce jour) sont fabriquées en utilisant l'axe c gaufrettes orientées. la taille, le coût et la qualité des plaquettes sont tous très critiques pour la fabricabilité et le rendement des procédés...

  • 5-4-4 epilayers sic

    2018-01-08

    La plupart des dispositifs électroniques ne sont pas fabriqués directement dans des plaquettes cultivées par sublimation, mais sont fabriqués à la place dans des couches épitaxiées de qualité supérieure qui sont cultivées au-dessus de la plaquette initiale sublimée. les épilayers sic bien développés ont des propriétés électriques supérieures et sont plus contrôlables et reproductibles que les matériaux sic gaufrés par sublimation en vrac. par conséquent, la croissance contrôlée des épilayers de haute qualité est très importante dans la réalisation de l'électronique sic utile.

  • 5-4-4-1 sic processus de croissance épitaxiale

    2018-01-08

    une variété intéressante de méthodologies de croissance épitaxiale sic, allant de l'épitaxie en phase liquide à l'épitaxie par jets moléculaires et au dépôt chimique en phase vapeur (cvd), a été étudiée. la technique de croissance cvd est généralement acceptée comme la méthode la plus prometteuse pour atteindre la reproductibilité épilateur, la qualité et les débits requis pour la production de masse. en termes plus simples, les variations de sic cvd sont réalisées en chauffant des substrats sic dans un \"réacteur\" de chambre avec des gaz fluides contenant du silicium et du carbone qui se décomposent et déposent si et c sur la plaquette permettant à un épilateur de se développer dans un puits. mode monocristallin commandé dans des conditions bien contrôlées. Les procédés de croissance épitaxiale sic cvd classiques sont réalisés à des températures de croissance du substrat comprises entre 1400 ° C et 1600 ° C à des pressions de 0,1 à 1 atm conduisant à des vitesses de croissance de l'ordre de quelques micromètres par heure. Des procédés de croissance à plus haute température (jusqu'à 2000 ° C), dont certains utilisent des chimies de croissance à base d'halogénure, sont également mis au point pour obtenir des taux de croissance plus élevés de l'ordre de centaines de micromètres par heure. boules en plus des couches épitaxiales très épaisses nécessaires pour les appareils haute tension. malgré le fait que les températures de croissance sic dépassent de manière significative les températures de croissance épitaxiales utilisées pour la plupart des autres semi-conducteurs, diverses configurations de réacteurs de croissance épitaxiale sic cvd ont été développées et commercialisées. par exemple, certains réacteurs utilisent un écoulement de gaz réactif horizontal à travers la plaquette sic, tandis que d'autres reposent sur un écoulement vertical de gaz réactifs; certains réacteurs ont des plaquettes entourées de configurations \"à paroi chaude\" ou \"à paroi chaude\" chauffées, tandis que d'autres réacteurs à \"paroi froide\" ne chauffent qu'un suscepteur se trouvant directement sous la plaquette sic. La plupart des réacteurs utilisés pour la production commerciale de l'électronique sic font tourner l'échantillon pour assurer une grande uniformité des paramètres de l'épilateur à travers la plaquette. Des systèmes sic cvd capables de développer simultanément des épilayers sur des plaquettes multiples ont permis un débit de plaquettes plus élevé pour la fabrication de dispositifs électroniques sic.

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