SiC-on-Insulator (SiCOI) सब्सट्रेट उच्च थर्मल कंडक्टिविटी वाइड बैंडगैप

परिचय

सिलिकॉन कार्बाइड ऑन इन्सुलेटर (SiCOI) पतली फिल्में अभिनव कम्पोजिट सामग्री हैं, जो आमतौर पर एक एकल क्रिस्टल, उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पतली परत (500 ¢ 600 एनएम,विशिष्ट अनुप्रयोगों के आधार पर) सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) सब्सट्रेट परसीआईसी अपनी असाधारण ताप चालकता, उच्च टूटने वाले वोल्टेज और उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध के लिए जाना जाता है।यह सामग्री एक साथ उच्च शक्ति की मांग की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं, उच्च आवृत्ति और उच्च तापमान अनुप्रयोगों।

सिद्धांत

सीसीओआई पतली फिल्मों का निर्माण सीएमओएस-संगत प्रक्रियाओं जैसे आयन काटने और बंधन का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, जिससे मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के साथ निर्बाध एकीकरण संभव हो जाता है।

आयन काटने की प्रक्रिया
इनमें से एक प्रक्रिया आयन काटने (स्मार्ट कट) और सीआईसी परत हस्तांतरण पर आधारित है, जिसके बाद वेफर बॉन्डिंग होती है।इस तकनीक को सिलिकॉन-ऑन-इंसुलेटर (एसओआई) वेफर्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए लागू किया गया है।हालांकि, सीआईसी अनुप्रयोगों में, आयन प्रत्यारोपण क्षति का परिचय दे सकता है जिसे थर्मल एनीलिंग द्वारा पुनर्प्राप्त नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप फोटोनिक संरचनाओं में अत्यधिक नुकसान होता है।1000°C से अधिक उच्च तापमान थर्मल एनीलिंग हमेशा कुछ प्रक्रिया आवश्यकताओं के साथ संगत नहीं होती है.

 
इन मुद्दों को हल करने के लिए, पीसने और रासायनिक यांत्रिक चमकाने (सीएमपी) तकनीकों का उपयोग सीधे बंधे हुए सीसी/सीओ2 - सी स्टैक को < 1 माइक्रोन तक पतला करने के लिए किया जा सकता है, जिससे चिकनी सतह प्राप्त होती है।प्रतिक्रियाशील आयन उत्कीर्णन (आरआईई) के माध्यम से आगे पतला किया जा सकता है, जो SiCOI संरचनाओं में नुकसान को कम करता है। इसके अलावा, गीले ऑक्सीकरण-सहायता प्राप्त सीएमपी ने प्रभावी रूप से सतह की मोटाई और फैलाव के नुकसान को कम करने के लिए साबित किया है,जबकि उच्च-तापमान परगलना वेफर की गुणवत्ता को और अधिक अनुकूलित कर सकती है.

वेफर बॉन्डिंग तकनीक
तैयारी की एक अन्य विधि वेफर बंधन तकनीक है,जिसमें सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और सिलिकॉन (Si) वेफर्स के बीच दबाव लागू करना और बंधन के लिए दोनों वेफर्स की थर्मल ऑक्सीकरण परतों का उपयोग करना शामिल हैहालांकि, सीआईसी की थर्मल-ऑक्सीकरण परत सीआईसी-ऑक्साइड इंटरफेस पर स्थानीय दोष पैदा कर सकती है। इन दोषों से ऑप्टिकल हानि में वृद्धि हो सकती है या चार्ज जाल का गठन हो सकता है।इसके अतिरिक्त, SiC पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत आमतौर पर प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) द्वारा तैयार की जाती है, और यह प्रक्रिया कुछ संरचनात्मक समस्याओं को भी जन्म दे सकती है।

 
उपरोक्त चुनौतियों को दूर करने के लिए, एक नई 3C-SiCOI चिप विनिर्माण प्रक्रिया का प्रस्ताव किया गया है, जो बोरोसिलिकेट ग्लास के साथ संयुक्त एक एनोडिक बॉन्डिंग प्रक्रिया को अपनाता है,इस प्रकार सिलिकॉन माइक्रोमैशनिंग/CMOS और SiC फोटोनिक्स के सभी कार्यों को संरक्षित करता हैइसके अतिरिक्त, अकार्मिक SiC को सीधे PECVD या स्पटरिंग द्वारा SiO2/Si वेफर पर जमा किया जा सकता है, इस प्रकार प्रक्रिया एकीकरण को सरल बनाया जा सकता है।ये सभी विधियां सीएमओएस प्रक्रियाओं के साथ पूरी तरह संगत हैंफोटोनिक्स के क्षेत्र में SiCOI के अनुप्रयोग को और बढ़ावा देना।

लाभ
सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर (एसओआई), सिलिकॉन नाइट्राइड (एसआईएन) और लिथियम निओबेट-ऑन-इन्सुलेटर (एलएनओआई) के मौजूदा सामग्री प्लेटफार्मों की तुलना में,SiCOI सामग्री मंच ऑप्टिकल अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण लाभ प्रदर्शित करता है और क्वांटम प्रौद्योगिकी के लिए अगली पीढ़ी के सामग्री मंच के रूप में उभर रहा हैविशिष्ट लाभ इस प्रकार हैंः

• यह लगभग 400 एनएम से लगभग 5000 एनएम की तरंग दैर्ध्य सीमा में उत्कृष्ट पारदर्शिता प्रदर्शित करता है और 1 डीबी/सेमी से कम तरंगमार्ग हानि के साथ उत्कृष्ट प्रदर्शन प्राप्त करता है।
• यह इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन, थर्मल स्विचिंग और फ्रीक्वेंसी ट्यूनिंग जैसे कई कार्यों का समर्थन करता है।
• इसमें सेकंड-हार्मोनिक जनरेशन और अन्य गैर-रैखिक ऑप्टिकल विशेषताएं दिखाई देती हैं और रंग केंद्रों के आधार पर एकल-फोटोन स्रोत मंच के रूप में कार्य कर सकती हैं।

 
​आवेदन

इसके अतिरिक्त, SiCOI सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) के उच्च थर्मल चालकता और उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज के फायदे को इन्सुलेटर के अच्छे विद्युत अलगाव गुणों के साथ जोड़ती है,और मूल SiC वेफर के ऑप्टिकल गुणों को बढ़ाता हैयह व्यापक रूप से उच्च तकनीक क्षेत्रों जैसे एकीकृत फोटोनिक्स, क्वांटम ऑप्टिक्स और बिजली उपकरणों में उपयोग किया जाता है।शोधकर्ताओं ने बड़ी संख्या में उच्च गुणवत्ता वाले फोटोनिक घटक विकसित किए हैं, जिसमें रैखिक तरंग मार्ग, माइक्रो रिंग रेजोनर, फोटोनिक क्रिस्टल तरंग मार्ग, माइक्रो डिस्क रेजोनर, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर, माच-ज़ेंडर इंटरफेरोमीटर (एमजीआई) और बीम स्प्लिटर शामिल हैं।इन घटकों में कम हानि और उच्च प्रदर्शन है, क्वांटम संचार, फोटोनिक कंप्यूटिंग और उच्च आवृत्ति बिजली उपकरणों के लिए एक ठोस तकनीकी आधार प्रदान करता है।
 
 
सिलिकॉन कार्बाइड ऑन इन्सुलेटर (SiCOI) पतली फिल्में अभिनव कम्पोजिट सामग्री हैं, जो आमतौर पर एक एकल क्रिस्टल, उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पतली परत (500 ¢ 600 एनएम,विशिष्ट अनुप्रयोगों के आधार पर) सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) सब्सट्रेट परसीआईसी अपनी असाधारण ताप चालकता, उच्च टूटने वाले वोल्टेज और उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध के लिए जाना जाता है।यह सामग्री एक साथ उच्च शक्ति की मांग की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं, उच्च आवृत्ति और उच्च तापमान अनुप्रयोगों।
 

 

प्रश्न और उत्तर

प्रश्न 1: SICOI और पारंपरिक SiC-on-Si उपकरणों में क्या अंतर है?
A:SICOI का इन्सुलेटर सब्सट्रेट (जैसे, Al2O3) जाली असंगतता के कारण होने वाले दोषों से बचते हुए सिलिकॉन सब्सट्रेट से परजीवी क्षमता और रिसाव धाराओं को समाप्त करता है।इससे डिवाइस की विश्वसनीयता और आवृत्ति प्रदर्शन बेहतर होता है.
 
Q2: क्या आप ऑटोमोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स में SICOI का एक विशिष्ट अनुप्रयोग मामला प्रदान कर सकते हैं?
​​A:टेस्ला मॉडल 3 इन्वर्टर में सीआईसी मोस्फेट का प्रयोग किया जाता है। भविष्य में एसआईसीओआई आधारित उपकरण बिजली घनत्व और ऑपरेटिंग तापमान सीमाओं को और बढ़ा सकते हैं।
 
Q3: एसओआई (सिलिकॉन-ऑन-इंसुलेटर) की तुलना में एसआईसीओआई के क्या फायदे हैं?
​​A:

• ​​सामग्री प्रदर्शनःएसआईसीओआई का व्यापक बैंडगैप उच्च शक्ति और तापमान पर काम करने में सक्षम बनाता है, जबकि एसओआई गर्म वाहक प्रभावों से सीमित है।
• ऑप्टिकल प्रदर्शनःSICOI <1 dB/cm के तरंगमार्ग हानि प्राप्त करता है, जो SOI के ~3 dB/cm से काफी कम है, जिससे यह उच्च आवृत्ति फोटोनिक्स के लिए उपयुक्त है।
• ​​कार्यात्मक विस्तार:एसआईसीओआई गैर-रैखिक प्रकाशिकी (जैसे, दूसरी-हार्मोनिक पीढ़ी) का समर्थन करता है, जबकि एसओआई मुख्य रूप से रैखिक ऑप्टिकल प्रभावों पर निर्भर करता है।

 
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