Детали блога

Поскольку кристалл не бесконечен, он в конечном итоге окажется в плоскости.поэтому свойства поверхности могут влиять на свойства устройстваЭти свойства поверхности обычно описываются кристаллической плоскостью или направлением кристалла.

1. Ориентация SiC-субстрата

Кристаллическая ориентация: направление, обозначаемое линией между любыми двумя атомами/молекулами/ионами в кристаллической ячейке, называется кристаллической ориентацией.
 

Кристаллическая плоскость: плоскость, образованная серией атомов/молекул/ионов, называется кристаллической плоскостью.
 

Индекс ориентации кристаллов: Возьмите определенную точку O единичной ячейки в качестве источника, установите координатную ось X/Y/Z через источник O,взять длину вектора решетки единичной ячейки как единицу длины оси координат, сделать прямую линию OP через источник O, требовать P точка быть ближайшим к O точке, и сделать его параллельным к кристаллическому направлению AB, определить три значения координат точки P,преобразовать три значения в минимальное целое число u, v, w, плюс квадратные скобки, [uvw] - это кристаллический индекс ориентации AB, который необходимо определить. Если один из u, v или w отрицательный, просто поставьте отрицательный знак над числом.Кристаллическое направление, в котором все направления, указанные индексом, последовательны и параллельны друг другу.

Группа ориентации кристаллов: кристаллические атомы расположены в одном и том же наборе кристаллов, известных как кристаллы семейства, таких как кубическая кристаллическая система, a / b / c три значения одинаковы,[111] кристаллическая пластинка в общей сложности восемь к клану ([111], [111], [1-11] и [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Эта ориентационная группа обозначается <111>. Точно так же ориентационная группа <100> содержит шесть ориентаций: [100], [010], [001],[-100],[0-10] и [00-1]Если она не кубическая, то ориентационная группа может отличаться путем изменения порядка индекса ориентации.

2.Схематическая схема диаметра пластины C и Si, первичного плоского, вторичного плоского и лазерного маркировочного положения.

3. Почему <100> кристаллические субстраты часто используются для производства силовых устройств, таких как MOSFET?

Устройства питания, как правило, являются устройствами поверхностного канала, и плотность состояний поверхностных дефектов в значительной степени влияет на пороговое напряжение и надежность.Плотность атомной поверхности (100) кристаллической поверхности является самой маленькой, и соответствующая плотность атомной поверхности состояний также наименьшая. На поверхности устройства меньше ненасыщенных связей,и меньше дефектов возникает при окислении поверхности устройства.
 

Из-за небольшой плотности (100) кристаллической поверхности, его термическая окисление и скорость офорта относительно быстрые, лидеры процесса <100> кристаллического направления исследования процесса также больше;
<110> кристаллическое направление - это направление с наибольшей мобильностью электронов в кремниевых пластинах, потому что атомы в <110> кристаллическом направлении относительно тесно расположены,и электроны столкнутся с меньшим количеством препятствий при движении в этом направленииОднако атомы в направлении <100> кристаллов расположены свободно, и электроны будут препятствованы многими препятствиями при движении в этом направлении,Так что мобильность электронов относительно низкаяХотя кремниевые пластинки с ориентацией < 110> обладают лучшими характеристиками в некоторых аспектах,они не часто используются из-за их плотной решетчатой структуры и высокой стоимости и технической сложности резки кремниевых пластин в < 110> ориентационные пластинки.
 

В некоторых конструкциях устройства направление ячейки или поликристаллическое направление ворот не перпендикулярно каналу сценария, но находится под углом 45 градусов с каналом сценария,Цель состоит в том, чтобы сделать направление канала кристаллического направления <110>, увеличить подвижность носителей заряда, уменьшить потери, в дополнение к различным направлениям расположения, общая консистенция нагрузки пластинки также выгодна.появилось все больше и больше устройств с канавкой, и направление носителей канального заряда было перпендикулярно кристаллической плоскости, поэтому изменение другого направления имело мало значения с точки зрения улучшения мобильности.

Перед 40 нм, процессы CMOS, как правило, используют <100> кристаллическую ориентацию субстратов. до 28 нм, в целях максимизации мобильности PMOS, промышленность использует <110> кристаллическую ориентацию субстрата.В этом направлении., канал PMOS является наиболее чувствительным к нагрузке на сжатие, поэтому мобильность может быть улучшена в наибольшей степени.Процесс 28 нм будет использовать источник утечки германия кремниевого напряжения технологии для оптимизации мобильности отверстия, который может быть улучшен примерно на 20% в направлении <100> кристаллов.Кремниевые пластинки дороже и технически сложнее разрезать на <110> ориентационные пластинки..

4. Почему SiC устройства часто изготавливаются из 4H-SiC кристаллической структуры и <0001> пластины?

Среди различных кристаллических типов SiC, 3C-SiC имеет самую низкую энергию связей, самую высокую энергию без решетки и легкую нуклеацию, но она находится в метастабильном состоянии,с низкой стабильностью и легким переходом твердой фазыФазовый переход более вероятно происходит под влиянием внешних условий.3C-SiC может претерпевать фазовую трансформацию и стать другими кристаллическими формами.

Ниже приведено конкретное сравнение различий в производительности между 4H-SiC и 6H-SiC, чтобы узнать, почему силовые устройства SiC обычно используют кристаллическую структуру 4H-SiC:

Основные различия между 4H SiC и 6H-SiC заключаются в их кристаллической структуре, физических свойствах и электрических свойствах.4H SiC имеет порядок наложения ABCB и более высокую симметрию по сравнению с ABABAB наложения 6H-SiCЭта разница в симметрии влияет на процесс роста кристаллов, что приводит к меньшей плотности дефекта 4H-sic и лучшему качеству кристаллов.4H-SiC обладает более высокой теплопроводностью вдоль оси C и более высокой мобильностью носителя, что делает его подходящим для высокочастотных и высокомощных приложений, таких как MOSFET, диоды Шоттки и биполярные транзисторы с соединением.6H-SiC имеет более низкие дефекты глубокого уровня и более низкую скорость рекомбинации носителя, который более подходит для применения высококачественных субстратов, таких как высококачественные субстраты, эпитаксиальный рост и производство электронных устройств.Выбор между двумя кристаллическими структурами зависит от конкретных требований полупроводникового устройства и его предполагаемого применения.

5Почему ориентация пластинки SiC часто <0001>?

Согласно анализу кристаллической ориентации кремния, кристаллическая структура 4H-SiC <0001> имеет следующие преимущества:

Преимущество кристаллической структуры:

Структура пластинки из SiC имеет хорошее совпадение решетки в направлении <0001> кристалла, что обеспечивает высокое качество кристалла и целостность пластинки в процессе роста и производства пластинки.

Ориентация <0001> может образовывать поверхность связи Si-C с низкой плотностью состояний интерфейса, что способствует получению высококачественного интерфейса SiC-SiO2.

Поверхность <0001> кристаллического направления относительно плоская, что способствует получению высококачественного роста эпитаксиальной пленки.Плотность атомов углерода в кристаллическом направлении <0001> выше, что способствует получению более высокой интенсивности распада электрического поля, что очень важно для обеспечения надежности изоляции устройства.

Преимущество теплопроводности:

Материал SiC имеет очень высокую теплопроводность, что позволяет более эффективно рассеивать тепло во время работы силовых устройств.что еще больше повышает производительность теплоотведения чипа и помогает улучшить плотность питания и надежность силового устройства.

Преимущества производительности устройства: пластина SiC <0001> может достигать более низкого тока утечки и более высокого разрывного напряжения.SiC-вольфра также имеет более высокую мобильность носителя и большой эффект спонтанной поляризации, который может быть использован для повышения плотности электронов канала MOSFET, улучшения проводящего тока в проводящем состоянии,и помогает улучшить скорость переключения и частоту работы устройства.