Mae dyfeisiau pŵer lled-ddargludyddion mewn safle craidd mewn systemau electronig pŵer, yn enwedig yng nghyd-destun datblygiad cyflym technolegau megis deallusrwydd artiffisial, cyfathrebu 5G a cherbydau ynni newydd, mae'r gofynion perfformiad ar eu cyfer wedi'u gwella.
Silicon carbid(4H-SiC) wedi dod yn ddeunydd delfrydol ar gyfer gweithgynhyrchu dyfeisiau pŵer lled-ddargludyddion perfformiad uchel oherwydd ei fanteision megis bandgap eang, dargludedd thermol uchel, cryfder maes dadelfennu uchel, cyfradd drifft dirlawnder uchel, sefydlogrwydd cemegol a gwrthiant ymbelydredd. Fodd bynnag, mae gan 4H-SiC galedwch uchel, brittleness uchel, anadweithiol cemegol cryf, ac anhawster prosesu uchel. Mae ansawdd wyneb ei wafer swbstrad yn hanfodol ar gyfer cymwysiadau dyfais ar raddfa fawr.
Felly, gwella ansawdd wyneb wafferi swbstrad 4H-SiC, yn enwedig cael gwared ar yr haen sydd wedi'i difrodi ar yr wyneb prosesu wafferi, yw'r allwedd i gyflawni prosesu wafferi swbstrad 4H-SiC effeithlon, colled isel ac o ansawdd uchel.
Arbrawf
Mae'r arbrawf yn defnyddio ingot 4H-SiC math N 4-modfedd a dyfir trwy ddull cludo anwedd corfforol, sy'n cael ei brosesu trwy dorri gwifren, malu, malu garw, malu a sgleinio'n fân, ac mae'n cofnodi trwch tynnu'r wyneb C a'r wyneb Si. a thrwch y wafferi terfynol ym mhob proses.
Ffigur 1 Diagram sgematig o strwythur grisial 4H-SiC
Ffigur 2 Trwch wedi'i dynnu o ochr C ac ochr Si 4H-wafer SiCar ôl gwahanol gamau prosesu a thrwch y wafer ar ôl prosesu
Nodweddwyd trwch, morffoleg wyneb, garwedd a phriodweddau mecanyddol y wafer yn llawn gan brofwr paramedr geometreg wafer, microsgop ymyrraeth gwahaniaethol, microsgop grym atomig, offeryn mesur garwedd wyneb a nanoindenter. Yn ogystal, defnyddiwyd diffractomedr pelydr-X cydraniad uchel i werthuso ansawdd grisial y wafer.
Mae'r camau arbrofol a'r dulliau prawf hyn yn darparu cefnogaeth dechnegol fanwl ar gyfer astudio'r gyfradd symud deunydd ac ansawdd yr wyneb wrth brosesu 4H-wafferi SiC.
Trwy arbrofion, dadansoddodd yr ymchwilwyr y newidiadau mewn cyfradd symud deunydd (MRR), morffoleg wyneb a garwedd, yn ogystal â phriodweddau mecanyddol ac ansawdd grisial 4H-wafferi SiCmewn gwahanol gamau prosesu (torri gwifren, malu, malu garw, malu dirwy, caboli).
Ffigur 3 Cyfradd symud deunydd o wyneb C a Si-face o 4H-wafer SiCmewn gwahanol gamau prosesu
Canfu'r astudiaeth, oherwydd anisotropi priodweddau mecanyddol gwahanol wynebau grisial o 4H-SiC, fod gwahaniaeth mewn MRR rhwng C-face a Si-face o dan yr un broses, ac mae MRR wyneb C yn sylweddol uwch na sef Si-face. Gyda chynnydd y camau prosesu, mae morffoleg wyneb a garwedd wafferi 4H-SiC yn cael eu hoptimeiddio'n raddol. Ar ôl sgleinio, mae'r Ra o wyneb C yn 0.24nm, ac mae'r Ra o Si-face yn cyrraedd 0.14nm, a all ddiwallu anghenion twf epitaxial.
Ffigur 4 Delweddau microsgop optegol o arwyneb C (a~e) ac arwyneb Si (f~j) waffer 4H-SiC ar ôl gwahanol gamau prosesu
Ffigur 5 Delweddau microsgop grym atomig o arwyneb C (a~c) ac arwyneb Si (d~f) wafferi 4H-SiC ar ôl camau prosesu CLP, FLP a CMP
Ffigur 6 (a) modwlws elastig a (b) caledwch wyneb C ac arwyneb Si o wafer 4H-SiC ar ôl gwahanol gamau prosesu
Mae'r prawf eiddo mecanyddol yn dangos bod gan wyneb C y wafer wydnwch gwaeth na'r deunydd arwyneb Si, mwy o doriad brau wrth brosesu, tynnu deunydd yn gyflymach, a morffoleg a garwder arwyneb cymharol wael. Tynnu'r haen sydd wedi'i difrodi ar yr wyneb wedi'i brosesu yw'r allwedd i wella ansawdd wyneb y wafer. Gellir defnyddio lled hanner uchder y gromlin siglo 4H-SiC (0004) i nodweddu a dadansoddi haen difrod wyneb y wafer yn reddfol ac yn gywir.
Ffigur 7 (0004) cromlin siglo hanner lled yr wyneb C a Si-wyneb waffer 4H-SiC ar ôl gwahanol gamau prosesu
Mae canlyniadau ymchwil yn dangos y gellir tynnu haen difrod arwyneb y wafer yn raddol ar ôl prosesu wafferi 4H-SiC, sy'n gwella ansawdd wyneb y wafer yn effeithiol ac yn darparu cyfeiriad technegol ar gyfer prosesu effeithlonrwydd uchel, colled isel ac o ansawdd uchel. o wafferi swbstrad 4H-SiC.
Prosesodd yr ymchwilwyr wafferi 4H-SiC trwy wahanol gamau prosesu megis torri gwifren, malu, malu garw, malu a sgleinio mân, ac astudiodd effeithiau'r prosesau hyn ar ansawdd wyneb y wafer.
Mae'r canlyniadau'n dangos, gyda chynnydd y camau prosesu, bod morffoleg wyneb a garwedd y wafer yn cael eu hoptimeiddio'n raddol. Ar ôl sgleinio, mae garwedd yr wyneb C a'r wyneb Si yn cyrraedd 0.24nm a 0.14nm yn y drefn honno, sy'n bodloni gofynion twf epitaxial. Mae caledwch wyneb C y wafer yn waeth na'r deunydd wyneb Si, ac mae'n fwy tueddol o dorri asgwrn yn frau yn ystod y prosesu, gan arwain at forffoleg arwyneb a garwder cymharol wael. Dileu haen difrod wyneb yr arwyneb wedi'i brosesu yw'r allwedd i wella ansawdd wyneb y wafer. Gall hanner lled y gromlin siglo 4H-SiC (0004) nodweddu haen difrod wyneb y wafer yn reddfol ac yn gywir.
Mae ymchwil yn dangos y gellir symud yr haen sydd wedi'i difrodi ar wyneb wafferi 4H-SiC yn raddol trwy brosesu wafferi 4H-SiC, gan wella ansawdd wyneb y wafer yn effeithiol, gan ddarparu cyfeiriad technegol ar gyfer effeithlonrwydd uchel, colled isel ac uchel- prosesu ansawdd wafferi swbstrad 4H-SiC.
Amser postio: Gorff-08-2024