SiC सब्सट्रेट का अभिविन्यास क्या है?

चूंकि वास्तविक क्रिस्टल अनंत नहीं है, यह अंततः एक विमान में समाप्त हो जाएगा।तो सतह के गुणों उपकरण के गुणों को प्रभावित कर सकते हैंइन सतह गुणों को आमतौर पर क्रिस्टल विमान या क्रिस्टल दिशा द्वारा वर्णित किया जाता है।

1सीआईसी सब्सट्रेट का अभिविन्यास

क्रिस्टल अभिविन्यासः क्रिस्टल कोशिका में किसी भी दो परमाणुओं/अणुओं/आयनों के बीच की रेखा द्वारा दर्शाई गई दिशा को क्रिस्टल अभिविन्यास कहा जाता है।
 

क्रिस्टल विमानः परमाणु/अणु/आयनों की एक श्रृंखला से निर्मित विमान को क्रिस्टल विमान कहा जाता है।
 

क्रिस्टल अभिविन्यास सूचकांकः इकाई कक्ष के एक निश्चित बिंदु O को मूल के रूप में लें, मूल O के माध्यम से X/Y/Z निर्देशांक अक्ष सेट करें,इकाई सेल के जाली वेक्टर की लंबाई को समन्वय अक्ष की लंबाई इकाई के रूप में लें, मूल O के माध्यम से एक सीधी रेखा OP बनाने के लिए, P बिंदु O बिंदु के निकटतम होने की आवश्यकता है, और यह क्रिस्टल दिशा AB के समानांतर बनाने, P बिंदु के तीन निर्देशांक मूल्यों का निर्धारण,तीन मूल्यों को न्यूनतम पूर्णांक u में परिवर्तित करें, v, w, प्लस वर्ग कोष्ठक, [uvw] निर्धारित करने के लिए एबी के क्रिस्टल अभिविन्यास सूचकांक है। यदि u, v, या w में से एक नकारात्मक है, तो संख्या के ऊपर नकारात्मक चिह्न डालें।एक क्रिस्टल दिशा जिसमें सूचकांक द्वारा दर्शाई गई सभी दिशाएँ एक-दूसरे के अनुरूप और समानांतर होती हैं.

क्रिस्टल अभिविन्यास समूहः क्रिस्टल परमाणुओं को क्रिस्टल के एक ही सेट में व्यवस्थित किया जाता है जिसे क्रिस्टल परिवार के रूप में जाना जाता है, जैसे क्यूबिक क्रिस्टल प्रणाली, ए / बी / सी तीन मान समान हैं,[111] कुल आठ के लिए क्रिस्टल वेफर ([111], [111], [1-11] और [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). इस अभिविन्यास समूह को <111> से चिह्नित करें। इसी तरह <100> अभिविन्यास समूह में छह अभिविन्यास होते हैंः [100], [010], [001],[-100],[0-10] और [00-1]यदि यह घन नहीं है, तो अभिविन्यास सूचकांक के क्रम को बदलकर अभिविन्यास समूह भिन्न हो सकता है।

2.वेफर C और Si के चेहरे के व्यास, प्राथमिक फ्लैट, माध्यमिक फ्लैट और लेजर मार्किंग की स्थिति की योजनाबद्ध आरेख।

3क्रिस्टलीय सब्सट्रेट का उपयोग अक्सर पावर डिवाइस जैसे कि एमओएसएफईटी के निर्माण के लिए क्यों किया जाता है?

विद्युत उपकरण सामान्यतः सतह चैनल उपकरण होते हैं, और सतह दोषों के राज्यों का घनत्व सीमा वोल्टेज और विश्वसनीयता को बहुत प्रभावित करता है।(100) क्रिस्टल सतह का परमाणु सतह घनत्व सबसे छोटा है, और राज्यों का संबंधित परमाणु सतह घनत्व भी सबसे छोटा है। डिवाइस की सतह पर कम असंतृप्त बंध हैं,और कम दोष उत्पन्न होते हैं जब डिवाइस की सतह ऑक्सीकृत होती है.
 

(100) क्रिस्टल चेहरे के छोटे घनत्व के कारण, इसकी थर्मल ऑक्सीकरण और उत्कीर्णन दर अपेक्षाकृत तेज है, <100> क्रिस्टल दिशा प्रक्रिया अनुसंधान की प्रक्रिया के नेता भी अधिक हैं;
<110> क्रिस्टल दिशा सिलिकॉन वेफर्स में उच्चतम इलेक्ट्रॉन गतिशीलता के साथ दिशा है, क्योंकि <110> क्रिस्टल दिशा में परमाणु अपेक्षाकृत करीब व्यवस्थित हैं,और इलेक्ट्रॉन इस दिशा में आगे बढ़ते समय कम बाधाओं का सामना करेंगे, तो इलेक्ट्रॉन गतिशीलता उच्च है. हालांकि, <100> क्रिस्टल दिशा में परमाणुओं ढीले ढंग से व्यवस्थित कर रहे हैं, और इलेक्ट्रॉनों इस दिशा में आगे बढ़ रहे हैं जब कई बाधाओं द्वारा बाधा होगी,तो इलेक्ट्रॉन गतिशीलता अपेक्षाकृत कम हैयद्यपि < 110> अभिविन्यास सिलिकॉन वेफर्स में कुछ पहलुओं में बेहतर प्रदर्शन होता है,वे अक्सर उनके तंग जाली संरचना और उच्च लागत और तकनीकी कठिनाई के कारण उपयोग नहीं किया जाता है < 110> अभिविन्यास वेफर्स में सिलिकॉन वेफर्स काटने के लिए.
 

कुछ डिवाइस लेआउट डिजाइनों में, सेल दिशा या गेट पॉलीक्रिस्टलाइन दिशा स्क्रिप्टिंग चैनल के लंबवत नहीं है, बल्कि स्क्रिप्टिंग चैनल के साथ 45 डिग्री कोण पर है,उद्देश्य क्रिस्टल दिशा की चैनल दिशा को <110> करना है, चार्ज वाहक की गतिशीलता में वृद्धि, हानि को कम, अलग लेआउट दिशा के अलावा, वेफर की समग्र तनाव स्थिरता भी फायदेमंद है। बाद में,अधिक से अधिक ग्रूव-प्रकार के उपकरण थे, और चैनल चार्ज वाहक की दिशा क्रिस्टल विमान के लंबवत थी, इसलिए गतिशीलता में सुधार के मामले में दूसरी दिशा को बदलना बहुत महत्व का नहीं था।

40 एनएम से पहले, सीएमओएस प्रक्रियाएं <100> क्रिस्टल अभिविन्यास सब्सट्रेट का उपयोग करती हैं। 28 एनएम तक, पीएमओएस की गतिशीलता को अधिकतम करने के लिए, उद्योग <110> क्रिस्टल अभिविन्यास सब्सट्रेट का उपयोग करता है।इस दिशा में, पीएमओएस चैनल संपीड़न तनाव के प्रति सबसे संवेदनशील है, इसलिए गतिशीलता में अधिकतम सुधार किया जा सकता है।28 एनएम प्रक्रिया छेद गतिशीलता अनुकूलित करने के लिए स्रोत रिसाव जर्मनियम सिलिकॉन तनाव प्रौद्योगिकी का उपयोग करेगा, जो <100> क्रिस्टल दिशा में लगभग 20% तक सुधार किया जा सकता है। हालांकि <110> अभिविन्यास सिलिकॉन वेफर्स में उनके तंग जाली संरचना के कारण कुछ पहलुओं में बेहतर प्रदर्शन होता है,सिलिकॉन वेफर्स अधिक महंगे हैं और तकनीकी रूप से उन्हें <110> ओरिएंटेशन वेफर्स में काटना मुश्किल है.

4. क्यों SiC बिजली उपकरणों अक्सर 4H-SiC क्रिस्टल संरचना और <0001> वेफर्स से बने होते हैं?

SiC के विभिन्न क्रिस्टल प्रकारों के बीच, 3C-SiC में सबसे कम बंधन ऊर्जा, सबसे अधिक जाली मुक्त ऊर्जा, और आसान न्यूक्लिएशन है, लेकिन यह मेटास्टेबल अवस्था में है,कम स्थिरता और आसान ठोस चरण हस्तांतरण के साथचरण संक्रमण बाहरी परिस्थितियों के प्रभाव में होने की अधिक संभावना है। इसलिए, बाहरी परिस्थितियों को बदलकर,3C-SiC चरण परिवर्तन से गुजर सकता है और अन्य क्रिस्टल रूपों में बदल सकता है.

निम्नलिखित 4H-SiC और 6H-SiC के बीच प्रदर्शन अंतर की एक विशिष्ट तुलना है ताकि यह पता लगाया जा सके कि SiC बिजली उपकरणों में आमतौर पर 4H-SiC क्रिस्टल संरचना का उपयोग क्यों किया जाता है:

4H SiC और 6H-SiC के बीच मुख्य अंतर उनकी क्रिस्टल संरचनाओं, भौतिक गुणों और विद्युत गुणों में निहित हैं।4H SiC में 6H-SiC के ABABAB स्टैकिंग की तुलना में एक ABCB स्टैकिंग ऑर्डर और एक उच्च सममित हैयह प्रतिरूपता अंतर क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया को प्रभावित करता है, जिसके परिणामस्वरूप 4H-sic का दोष घनत्व कम और क्रिस्टल की गुणवत्ता बेहतर होती है।4एच-सीआईसी सी-अक्ष के साथ उच्च ताप चालकता और उच्च वाहक गतिशीलता प्रदर्शित करता है, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति अनुप्रयोगों जैसे कि MOSFETs, Schottky डायोड, और द्विध्रुवीय जंक्शन ट्रांजिस्टर के लिए उपयुक्त है।6H-SiC में कम गहरे स्तर के दोष और कम वाहक पुनर्मिलन दर है, जो उच्च गुणवत्ता वाले सब्सट्रेट अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त है, जैसे उच्च गुणवत्ता वाले सब्सट्रेट अनुप्रयोग, एपिटाक्सियल विकास, और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण।दो क्रिस्टल संरचनाओं के बीच का विकल्प अर्धचालक उपकरण की विशिष्ट आवश्यकताओं और इसके इच्छित अनुप्रयोग पर निर्भर करता है.

5सीआईसी पावर उपकरणों का वेफर अभिविन्यास अक्सर <0001> क्यों होता है?

सिलिकॉन के क्रिस्टल अभिविन्यास विश्लेषण के अनुसार, 4H-SiC <0001> की क्रिस्टल संरचना में निम्नलिखित फायदे हैंः

क्रिस्टल संरचना लाभः

सीआईसी सामग्री की वेफर संरचना में <0001> क्रिस्टल दिशा में एक अच्छा जाली मैच है, जो उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता और वेफर विकास और विनिर्माण प्रक्रिया में वेफर अखंडता को सक्षम बनाता है।

<0001> अभिविन्यास एक उच्च गुणवत्ता वाले SiC-SiO2 इंटरफेस प्राप्त करने के लिए अनुकूल है जो इंटरफेस राज्यों के एक कम घनत्व के साथ एक SiC-C बंधन सतह का गठन कर सकते हैं।

<0001> क्रिस्टल दिशा की सतह अपेक्षाकृत सपाट है, जो उच्च गुणवत्ता वाले एपिटाक्सियल फिल्म वृद्धि प्राप्त करने के लिए अनुकूल है।<0001> के क्रिस्टलीय दिशा में कार्बन परमाणुओं का घनत्व अधिक है, जो उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र तीव्रता प्राप्त करने के लिए अनुकूल है, जो उपकरण की इन्सुलेशन विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

थर्मल चालकता लाभः

SiC सामग्री में बहुत उच्च थर्मल चालकता है, जो बिजली उपकरणों के संचालन के दौरान अधिक कुशल गर्मी अपव्यय को सक्षम करती है।जो चिप के गर्मी अपव्यय प्रदर्शन को और बढ़ाता है और पावर डिवाइस के पावर घनत्व और विश्वसनीयता में सुधार करने में मदद करता है.

उपकरण प्रदर्शन लाभः <0001> SiC वेफर कम रिसाव वर्तमान और उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज प्राप्त कर सकते हैं।सीआईसी वेफर में भी वाहक की गतिशीलता अधिक है और एक बड़ा सहज ध्रुवीकरण प्रभाव है, जिसका उपयोग मोसफेट चैनल के इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है, संवाहक अवस्था में संवाहक धारा में सुधार,और उपकरण की स्विचिंग गति और संचालन आवृत्ति में सुधार करने में मदद करता है.