Rozdíl mezi slepými, výzkumnými a produkčními SiC substráty

Substráty SiC jsou základním materiálem pro výrobu polovodičových součástek třetí generace. Jejich klasifikace jakosti musí přesně odpovídat potřebám různých fází, jako je vývoj polovodičových zařízení, ověřování procesů a hromadná výroba. Průmysl obecně kategorizuje substráty SiC do tří kategorií: fiktivní, výzkumný a výrobní stupeň.  Jasné pochopení rozdílů mezi těmito třemi typy substrátů může pomoci dosáhnout optimálního řešení výběru materiálu pro specifické požadavky aplikace.

1. Nepravé SiC substráty

Substráty SiC jako fiktivní mají nejnižší požadavky na kvalitu ze všech tří kategorií. Obvykle se vyrábějí s použitím méně kvalitních segmentů na obou koncích křišťálové tyče a zpracovávají se základními procesy broušení a leštění.

Povrch plátku je drsný a přesnost leštění je nedostatečná; jejich hustota defektů je vysoká a významný podíl tvoří dislokace závitů a mikrotrubky; elektrická stejnoměrnost je špatná a existují zjevné rozdíly v měrném odporu a vodivosti celého plátku.  Mají proto mimořádnou nákladovou výhodu. Díky zjednodušené technologii zpracování jsou jejich výrobní náklady mnohem nižší než u ostatních dvou substrátů a lze je mnohokrát znovu použít.

Umělé substráty z karbidu křemíku jsou vhodné pro scénáře, kde neexistují žádné přísné požadavky na jejich kvalitu, včetně plnění kapacity během instalace polovodičového zařízení, kalibrace parametrů během předprovozní fáze zařízení, ladění parametrů v raných fázích vývoje procesu a školení obsluhy zařízení pro obsluhu.

2. Výzkum substrátů SiC

Kvalitní umístění výzkumného stupněSiC substrátyje mezi fiktivní třídou a výrobní třídou a musí splňovat základní požadavky na elektrický výkon a čistotu ve scénářích výzkumu a vývoje.

Jejich hustota krystalických defektů je výrazně nižší než u fiktivní třídy, ale nesplňuje standardy produkční třídy. Prostřednictvím optimalizovaných procesů chemicko-mechanického leštění (CMP) lze kontrolovat drsnost povrchu, což výrazně zlepšuje hladkost. Jsou dostupné ve vodivých nebo poloizolačních typech, vykazují stabilitu elektrického výkonu a stejnoměrnost napříč plátkem a splňují požadavky na přesnost testování R&D.  Jejich cena se proto pohybuje mezi cenou fiktivních a produkčních SiC substrátů.

Substráty SiC výzkumné kvality se používají v laboratorních scénářích výzkumu a vývoje, funkčním ověřování návrhových řešení čipů, ověřování proveditelnosti procesů v malém měřítku a rafinované optimalizaci parametrů procesu.

3. Výrobní SiC substráty

Substráty produkční kvality jsou základním materiálem pro hromadnou výrobu polovodičových součástek. Jedná se o kategorii nejvyšší kvality s čistotou přes 99,9999999999 % a jejich hustota defektů je kontrolována na extrémně nízké úrovni. 

Po zpracování vysoce přesným chemickým mechanickým leštěním (CMP) dosáhla rozměrová přesnost a rovinnost povrchu nanometrové úrovně a krystalová struktura je téměř dokonalá. Nabízejí vynikající elektrickou stejnoměrnost s jednotným odporem napříč vodivými i poloizolačními typy substrátů. Vzhledem k přísnému výběru surovin a složité kontrole výrobního procesu (pro zajištění vysoké výtěžnosti) jsou však jejich výrobní náklady nejvyšší ze tří typů substrátů. 

Tento typ SiC substrátu je vhodný pro velkosériovou výrobu polovodičových součástek, včetně hromadné výroby SiC MOSFET a Schottkyho bariérových diod (SBD), výrobu GaN-on-SiC RF a mikrovlnných zařízení a průmyslovou výrobu špičkových zařízení, jako jsou pokročilé senzory a kvantová zařízení.