सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सब्सट्रेट अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक आधारशिला सामग्री बन गए हैं, उच्च वोल्टेज, उच्च तापमान,और पारंपरिक सिलिकॉन आधारित प्रौद्योगिकियों की तुलना में उच्च दक्षताजैसे-जैसे पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, आरएफ संचार और उभरते क्वांटम और सेंसरिंग क्षेत्रों में सीआईसी को अपनाने में तेजी आती है, सब्सट्रेट चयन एक महत्वपूर्ण प्रारंभिक डिजाइन निर्णय बन गया है।
सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वालेSiC सब्सट्रेटप्रकार, एन-प्रकार प्रवाहकीय SiC और उच्च शुद्धता अर्ध-अछूता (HPSI) SiC बहुत अलग उद्देश्यों के लिए सेवा करते हैं। हालांकि वे क्रिस्टल संरचना और सतह खत्म के संदर्भ में समान दिख सकते हैं,उनका विद्युत व्यवहार, दोष सहिष्णुता, और लक्ष्य अनुप्रयोग मौलिक रूप से भिन्न होते हैं।
इस लेख में एन-प्रकार और एन-टाइप के बीच स्पष्ट, अनुप्रयोग-संचालित तुलना प्रदान की गई है।HPSI SiC सब्सट्रेट, इंजीनियरों, शोधकर्ताओं और खरीद टीमों को विपणन शब्दावली के बजाय डिवाइस आवश्यकताओं के आधार पर सूचित निर्णय लेने में मदद करता है।
एन-प्रकार और एचपीएसआई सीआईसी की तुलना करने से पहले, यह स्पष्ट करना उपयोगी है कि उनके पास क्या सामान्य है।
अधिकांश वाणिज्यिक SiC सब्सट्रेट हैंः
भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) द्वारा उगाई जाने वाली एकल क्रिस्टल सामग्री
आम तौर पर 4H-SiC पॉलीटाइप, इसकी बेहतर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और बैंड संरचना के कारण
4 इंच से 8 इंच तक के व्यास में उपलब्ध है, जिसमें 6 इंच वर्तमान में बड़े पैमाने पर उत्पादन में हावी है
सब्सट्रेट प्रकारों के बीच मुख्य अंतर क्रिस्टल जाली में नहीं है, बल्कि जानबूझकर अशुद्धता नियंत्रण और विद्युत प्रतिरोध में है।
एन-प्रकार के सीआईसी सब्सट्रेटों को जानबूझकर दाता अशुद्धियों, आमतौर पर नाइट्रोजन (एन) के साथ डोप किया जाता है। ये डोपेंट क्रिस्टल जाली में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को पेश करते हैं,सब्सट्रेट को विद्युत प्रवाहक बनाना.
विशिष्ट गुण:
प्रतिरोधः ~ 0.01 ‰ 0.1 Ω · सेमी
अधिकतर वाहक: इलेक्ट्रॉन
प्रवाहकीय व्यवहारः व्यापक तापमान सीमा पर स्थिर
कई बिजली और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, सब्सट्रेट केवल एक यांत्रिक समर्थन नहीं है। यह निम्न के रूप में भी कार्य करता हैः
वर्तमान संवाहक पथ
एक थर्मल फैलाव चैनल
एक संदर्भ विद्युत क्षमता
एन-प्रकार के सब्सट्रेट ऊर्ध्वाधर उपकरण वास्तुकला को सक्षम करते हैं जहां वर्तमान सब्सट्रेट के माध्यम से प्रवाह करता है, डिवाइस डिजाइन को सरल बनाता है और विश्वसनीयता में सुधार करता है।
एचपीएसआई सीआईसी (उच्च शुद्धता अर्ध-इन्सुलेटिंग सीआईसी) को अत्यधिक उच्च प्रतिरोध के लिए इंजीनियर किया गया है, आमतौर पर 107 ‰ 109 Ω · सेमी से अधिक। दाताओं को जोड़ने के बजाय,निर्माता स्वतंत्र वाहक को दबाने के लिए अवशिष्ट अशुद्धियों और आंतरिक दोषों को सावधानीपूर्वक संतुलित करते हैं.
यह निम्न के माध्यम से प्राप्त किया जाता हैः
अति-कम पृष्ठभूमि डोपिंग
दाताओं और स्वीकारकर्ताओं के बीच मुआवजा
क्रिस्टल के विकास की स्थिति का सख्त नियंत्रण
एन-प्रकार के सब्सट्रेट के विपरीत, एचपीएसआई सीआईसी को वर्तमान प्रवाह को अवरुद्ध करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसका मूल्य निम्नलिखित में निहित हैः
विद्युत अलगाव
कम परजीवी प्रवाह
उच्च आवृत्तियों पर स्थिर आरएफ प्रदर्शन
आरएफ और माइक्रोवेव उपकरणों में, अवांछित सब्सट्रेट चालकता सीधे डिवाइस की दक्षता और सिग्नल अखंडता को कम करती है।
| पैरामीटर | एन-टाइप सीआईसी | HPSI SiC |
|---|---|---|
| विशिष्ट प्रतिरोध | 0.01 ¥0.1 Ω·cm | > 107 Ω·cm |
| विद्युत की भूमिका | संवाहक | अछूता |
| प्रमुख वाहक | इलेक्ट्रॉन | मिटा दिया गया |
| सब्सट्रेट फ़ंक्शन | वर्तमान पथ + हीट सिंक | विद्युत अलगाव |
| सामान्य बहुप्रकार | 4H-SiC | 4H-SiC |
| लागत स्तर | निचला | उच्चतर |
| विकास की जटिलता | मध्यम | उच्च |
विशिष्ट उपकरण:
SiC MOSFETs
शॉटकी बैरियर डायोड (एसबीडी)
पीआईएन डायोड
इलेक्ट्रिक वाहनों और चार्जिंग बुनियादी ढांचे के लिए पावर मॉड्यूल
एन-प्रकार सबसे अच्छा क्यों काम करता हैः
ऊर्ध्वाधर धारा प्रवाह का समर्थन करता है
कम प्रतिरोध को सक्षम करता है
गर्मी फैलाव के लिए उत्कृष्ट ताप चालकता प्रदान करता है
बिजली उपकरणों में एचपीएसआई सीआईसी का प्रयोग अनावश्यक विद्युत प्रतिरोध और जटिल उपकरण डिजाइन लाएगा।
निर्णय:
एन-टाइप सीआईसी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उद्योग मानक है
विशिष्ट उपकरण:
GaN-on-SiC आरएफ एचईएमटी
माइक्रोवेव पावर एम्पलीफायर
रडार और उपग्रह संचार के घटक
एचपीएसआई महत्वपूर्ण क्यों हैः
सब्सट्रेट में आरएफ सिग्नल हानि को कम करता है
परजीवी क्षमता को कम करता है
लाभ, रैखिकता और ऊर्जा दक्षता में सुधार करता है
आरएफ अनुप्रयोगों में, यहां तक कि मामूली सब्सट्रेट चालकता उच्च आवृत्तियों पर प्रदर्शन में गिरावट का कारण बन सकती है।
निर्णय:
एचपीएसआई सीआईसी आरएफ और माइक्रोवेव सिस्टम के लिए पसंदीदा विकल्प है
अनुप्रयोग जैसेः
यूवी फोटोडटेक्टर
उच्च तापमान सेंसर
विशेष ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संरचनाएं
निम्न के आधार पर एन-प्रकार या अर्ध-अछूता सब्सट्रेट का उपयोग कर सकते हैंः
उपकरण वास्तुकला
सिग्नल से शोर की आवश्यकताएं
अन्य सामग्रियों के साथ एकीकरण
इन मामलों में, सब्सट्रेट की पसंद अक्सर केवल सब्सट्रेट द्वारा नहीं, बल्कि एपिटेक्सी और सर्किट डिजाइन चरण में निर्धारित की जाती है।
विनिर्माण के दृष्टिकोण से, दोनों प्रकार के सब्सट्रेट को सख्त गुणवत्ता आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिएः
माइक्रोपाइप घनत्व कम
नियंत्रित बेसल प्लेन विस्थापन (बीपीडी)
समान प्रतिरोध और मोटाई
हालांकि, एचपीएसआई सब्सट्रेट विकास दोषों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, क्योंकि अनचाहे वाहक प्रतिरोधकता को काफी कम कर सकते हैं।
कम समग्र उपज
उच्च निरीक्षण और योग्यता लागत
उच्चतम अंतिम मूल्य
इसके विपरीत, एन-प्रकार के सब्सट्रेट उच्च मात्रा वाले उत्पादन वातावरण में कुछ दोष स्तरों को अधिक आसानी से सहन करते हैं।
जबकि वेफर्स के आकार और ग्रेड के आधार पर कीमतें भिन्न होती हैं, सामान्य रुझान हैंः
एन-प्रकार का SiC:
अधिक परिपक्व आपूर्ति श्रृंखला
उत्पादन की अधिक मात्रा
प्रति वेफर कम लागत
HPSI SiC:
सीमित योग्य आपूर्तिकर्ता
बढ़ोतरी नियंत्रण
अधिक लागत और अधिक समय
वाणिज्यिक परियोजनाओं के लिए, ये कारक अक्सर तकनीकी प्रदर्शन के रूप में सब्सट्रेट चयन को प्रभावित करते हैं।
एक व्यावहारिक निर्णय ढांचा:
क्या वर्तमान को सब्सट्रेट के माध्यम से बहना चाहिए?
→ हाँ → एन-प्रकार का SiC
क्या विद्युत अलगाव उपकरण के प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है?
→ हाँ → HPSI SiC
क्या आवेदन आरएफ, माइक्रोवेव, या उच्च आवृत्ति है?
→ लगभग हमेशा → HPSI SiC
क्या बड़ी उत्पादन मात्रा के साथ लागत संवेदनशीलता अधिक है?
→ संभावना → एन-प्रकार का सीआईसी
एन-प्रकार और एचपीएसआई सीआईसी सब्सट्रेट प्रतिस्पर्धी विकल्प नहीं हैं, बल्कि मूल रूप से अलग-अलग डिवाइस आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित उद्देश्य-निर्मित सामग्री हैं।एन-प्रकार का सीआईसी कुशल बिजली संवहन और थर्मल प्रबंधन को सक्षम बनाता हैHPSI SiC, इसके विपरीत, उच्च आवृत्ति और आरएफ अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक विद्युत अलगाव प्रदान करता है जहां संकेत अखंडता सर्वोपरि है।
सब्सट्रेट स्तर पर इन मतभेदों को समझने से विकास चक्र में बाद में महंगे नए डिजाइनों को रोकने में मदद मिलती है और यह सुनिश्चित होता है कि सामग्री विकल्प दीर्घकालिक प्रदर्शन, विश्वसनीयता,और स्केलेबिलिटी लक्ष्य.
सीआईसी तकनीक में, सही सब्सट्रेट सबसे अच्छा उपलब्ध नहीं है, यह आपके आवेदन के लिए सबसे उपयुक्त है।
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सब्सट्रेट अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक आधारशिला सामग्री बन गए हैं, उच्च वोल्टेज, उच्च तापमान,और पारंपरिक सिलिकॉन आधारित प्रौद्योगिकियों की तुलना में उच्च दक्षताजैसे-जैसे पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, आरएफ संचार और उभरते क्वांटम और सेंसरिंग क्षेत्रों में सीआईसी को अपनाने में तेजी आती है, सब्सट्रेट चयन एक महत्वपूर्ण प्रारंभिक डिजाइन निर्णय बन गया है।
सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वालेSiC सब्सट्रेटप्रकार, एन-प्रकार प्रवाहकीय SiC और उच्च शुद्धता अर्ध-अछूता (HPSI) SiC बहुत अलग उद्देश्यों के लिए सेवा करते हैं। हालांकि वे क्रिस्टल संरचना और सतह खत्म के संदर्भ में समान दिख सकते हैं,उनका विद्युत व्यवहार, दोष सहिष्णुता, और लक्ष्य अनुप्रयोग मौलिक रूप से भिन्न होते हैं।
इस लेख में एन-प्रकार और एन-टाइप के बीच स्पष्ट, अनुप्रयोग-संचालित तुलना प्रदान की गई है।HPSI SiC सब्सट्रेट, इंजीनियरों, शोधकर्ताओं और खरीद टीमों को विपणन शब्दावली के बजाय डिवाइस आवश्यकताओं के आधार पर सूचित निर्णय लेने में मदद करता है।
एन-प्रकार और एचपीएसआई सीआईसी की तुलना करने से पहले, यह स्पष्ट करना उपयोगी है कि उनके पास क्या सामान्य है।
अधिकांश वाणिज्यिक SiC सब्सट्रेट हैंः
भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) द्वारा उगाई जाने वाली एकल क्रिस्टल सामग्री
आम तौर पर 4H-SiC पॉलीटाइप, इसकी बेहतर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और बैंड संरचना के कारण
4 इंच से 8 इंच तक के व्यास में उपलब्ध है, जिसमें 6 इंच वर्तमान में बड़े पैमाने पर उत्पादन में हावी है
सब्सट्रेट प्रकारों के बीच मुख्य अंतर क्रिस्टल जाली में नहीं है, बल्कि जानबूझकर अशुद्धता नियंत्रण और विद्युत प्रतिरोध में है।
एन-प्रकार के सीआईसी सब्सट्रेटों को जानबूझकर दाता अशुद्धियों, आमतौर पर नाइट्रोजन (एन) के साथ डोप किया जाता है। ये डोपेंट क्रिस्टल जाली में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को पेश करते हैं,सब्सट्रेट को विद्युत प्रवाहक बनाना.
विशिष्ट गुण:
प्रतिरोधः ~ 0.01 ‰ 0.1 Ω · सेमी
अधिकतर वाहक: इलेक्ट्रॉन
प्रवाहकीय व्यवहारः व्यापक तापमान सीमा पर स्थिर
कई बिजली और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, सब्सट्रेट केवल एक यांत्रिक समर्थन नहीं है। यह निम्न के रूप में भी कार्य करता हैः
वर्तमान संवाहक पथ
एक थर्मल फैलाव चैनल
एक संदर्भ विद्युत क्षमता
एन-प्रकार के सब्सट्रेट ऊर्ध्वाधर उपकरण वास्तुकला को सक्षम करते हैं जहां वर्तमान सब्सट्रेट के माध्यम से प्रवाह करता है, डिवाइस डिजाइन को सरल बनाता है और विश्वसनीयता में सुधार करता है।
एचपीएसआई सीआईसी (उच्च शुद्धता अर्ध-इन्सुलेटिंग सीआईसी) को अत्यधिक उच्च प्रतिरोध के लिए इंजीनियर किया गया है, आमतौर पर 107 ‰ 109 Ω · सेमी से अधिक। दाताओं को जोड़ने के बजाय,निर्माता स्वतंत्र वाहक को दबाने के लिए अवशिष्ट अशुद्धियों और आंतरिक दोषों को सावधानीपूर्वक संतुलित करते हैं.
यह निम्न के माध्यम से प्राप्त किया जाता हैः
अति-कम पृष्ठभूमि डोपिंग
दाताओं और स्वीकारकर्ताओं के बीच मुआवजा
क्रिस्टल के विकास की स्थिति का सख्त नियंत्रण
एन-प्रकार के सब्सट्रेट के विपरीत, एचपीएसआई सीआईसी को वर्तमान प्रवाह को अवरुद्ध करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसका मूल्य निम्नलिखित में निहित हैः
विद्युत अलगाव
कम परजीवी प्रवाह
उच्च आवृत्तियों पर स्थिर आरएफ प्रदर्शन
आरएफ और माइक्रोवेव उपकरणों में, अवांछित सब्सट्रेट चालकता सीधे डिवाइस की दक्षता और सिग्नल अखंडता को कम करती है।
| पैरामीटर | एन-टाइप सीआईसी | HPSI SiC |
|---|---|---|
| विशिष्ट प्रतिरोध | 0.01 ¥0.1 Ω·cm | > 107 Ω·cm |
| विद्युत की भूमिका | संवाहक | अछूता |
| प्रमुख वाहक | इलेक्ट्रॉन | मिटा दिया गया |
| सब्सट्रेट फ़ंक्शन | वर्तमान पथ + हीट सिंक | विद्युत अलगाव |
| सामान्य बहुप्रकार | 4H-SiC | 4H-SiC |
| लागत स्तर | निचला | उच्चतर |
| विकास की जटिलता | मध्यम | उच्च |
विशिष्ट उपकरण:
SiC MOSFETs
शॉटकी बैरियर डायोड (एसबीडी)
पीआईएन डायोड
इलेक्ट्रिक वाहनों और चार्जिंग बुनियादी ढांचे के लिए पावर मॉड्यूल
एन-प्रकार सबसे अच्छा क्यों काम करता हैः
ऊर्ध्वाधर धारा प्रवाह का समर्थन करता है
कम प्रतिरोध को सक्षम करता है
गर्मी फैलाव के लिए उत्कृष्ट ताप चालकता प्रदान करता है
बिजली उपकरणों में एचपीएसआई सीआईसी का प्रयोग अनावश्यक विद्युत प्रतिरोध और जटिल उपकरण डिजाइन लाएगा।
निर्णय:
एन-टाइप सीआईसी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उद्योग मानक है
विशिष्ट उपकरण:
GaN-on-SiC आरएफ एचईएमटी
माइक्रोवेव पावर एम्पलीफायर
रडार और उपग्रह संचार के घटक
एचपीएसआई महत्वपूर्ण क्यों हैः
सब्सट्रेट में आरएफ सिग्नल हानि को कम करता है
परजीवी क्षमता को कम करता है
लाभ, रैखिकता और ऊर्जा दक्षता में सुधार करता है
आरएफ अनुप्रयोगों में, यहां तक कि मामूली सब्सट्रेट चालकता उच्च आवृत्तियों पर प्रदर्शन में गिरावट का कारण बन सकती है।
निर्णय:
एचपीएसआई सीआईसी आरएफ और माइक्रोवेव सिस्टम के लिए पसंदीदा विकल्प है
अनुप्रयोग जैसेः
यूवी फोटोडटेक्टर
उच्च तापमान सेंसर
विशेष ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संरचनाएं
निम्न के आधार पर एन-प्रकार या अर्ध-अछूता सब्सट्रेट का उपयोग कर सकते हैंः
उपकरण वास्तुकला
सिग्नल से शोर की आवश्यकताएं
अन्य सामग्रियों के साथ एकीकरण
इन मामलों में, सब्सट्रेट की पसंद अक्सर केवल सब्सट्रेट द्वारा नहीं, बल्कि एपिटेक्सी और सर्किट डिजाइन चरण में निर्धारित की जाती है।
विनिर्माण के दृष्टिकोण से, दोनों प्रकार के सब्सट्रेट को सख्त गुणवत्ता आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिएः
माइक्रोपाइप घनत्व कम
नियंत्रित बेसल प्लेन विस्थापन (बीपीडी)
समान प्रतिरोध और मोटाई
हालांकि, एचपीएसआई सब्सट्रेट विकास दोषों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, क्योंकि अनचाहे वाहक प्रतिरोधकता को काफी कम कर सकते हैं।
कम समग्र उपज
उच्च निरीक्षण और योग्यता लागत
उच्चतम अंतिम मूल्य
इसके विपरीत, एन-प्रकार के सब्सट्रेट उच्च मात्रा वाले उत्पादन वातावरण में कुछ दोष स्तरों को अधिक आसानी से सहन करते हैं।
जबकि वेफर्स के आकार और ग्रेड के आधार पर कीमतें भिन्न होती हैं, सामान्य रुझान हैंः
एन-प्रकार का SiC:
अधिक परिपक्व आपूर्ति श्रृंखला
उत्पादन की अधिक मात्रा
प्रति वेफर कम लागत
HPSI SiC:
सीमित योग्य आपूर्तिकर्ता
बढ़ोतरी नियंत्रण
अधिक लागत और अधिक समय
वाणिज्यिक परियोजनाओं के लिए, ये कारक अक्सर तकनीकी प्रदर्शन के रूप में सब्सट्रेट चयन को प्रभावित करते हैं।
एक व्यावहारिक निर्णय ढांचा:
क्या वर्तमान को सब्सट्रेट के माध्यम से बहना चाहिए?
→ हाँ → एन-प्रकार का SiC
क्या विद्युत अलगाव उपकरण के प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है?
→ हाँ → HPSI SiC
क्या आवेदन आरएफ, माइक्रोवेव, या उच्च आवृत्ति है?
→ लगभग हमेशा → HPSI SiC
क्या बड़ी उत्पादन मात्रा के साथ लागत संवेदनशीलता अधिक है?
→ संभावना → एन-प्रकार का सीआईसी
एन-प्रकार और एचपीएसआई सीआईसी सब्सट्रेट प्रतिस्पर्धी विकल्प नहीं हैं, बल्कि मूल रूप से अलग-अलग डिवाइस आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित उद्देश्य-निर्मित सामग्री हैं।एन-प्रकार का सीआईसी कुशल बिजली संवहन और थर्मल प्रबंधन को सक्षम बनाता हैHPSI SiC, इसके विपरीत, उच्च आवृत्ति और आरएफ अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक विद्युत अलगाव प्रदान करता है जहां संकेत अखंडता सर्वोपरि है।
सब्सट्रेट स्तर पर इन मतभेदों को समझने से विकास चक्र में बाद में महंगे नए डिजाइनों को रोकने में मदद मिलती है और यह सुनिश्चित होता है कि सामग्री विकल्प दीर्घकालिक प्रदर्शन, विश्वसनीयता,और स्केलेबिलिटी लक्ष्य.
सीआईसी तकनीक में, सही सब्सट्रेट सबसे अच्छा उपलब्ध नहीं है, यह आपके आवेदन के लिए सबसे उपयुक्त है।
