SiC-on Insulator SiCOI Substrate dẫn nhiệt cao băng tần rộng

giới thiệu

Silicon Carbide on Insulator (SiCOI) phim mỏng là vật liệu tổng hợp sáng tạo, thường được chế tạo bằng cách lắng đọng một tinh thể đơn, chất lượng cao silicon carbide (SiC) lớp mỏng (500~600 nm,tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể) trên chất nền silicon dioxide (SiO2)SiC được biết đến với tính dẫn nhiệt đặc biệt, điện áp phá vỡ cao và khả năng chống hóa học xuất sắc.vật liệu này có thể đồng thời đáp ứng các yêu cầu đòi hỏi của công suất cao, các ứng dụng tần số cao và nhiệt độ cao.
                                                               

Nguyên tắc

Việc chế tạo các tấm mỏng SiCOI có thể đạt được bằng cách sử dụng các quy trình tương thích CMOS như cắt và liên kết ion, do đó cho phép tích hợp liền mạch với các mạch điện tử hiện có.

Quá trình cắt ion
Một trong những quy trình dựa trên cắt ion (Smart Cut) và chuyển lớp SiC, sau đó là liên kết wafer.Kỹ thuật này đã được áp dụng cho sản xuất quy mô lớn các tấm silicon trên chất cách nhiệt (SOI)Tuy nhiên, trong các ứng dụng SiC, cấy ghép ion có thể gây ra thiệt hại không thể phục hồi bằng cách nóng hóa nhiệt, dẫn đến mất mát quá mức trong các cấu trúc photon.Sản phẩm được sản xuất từ các sản phẩm có chứa các chất liệu có thể được sử dụng trong sản phẩm.

 
Để giải quyết các vấn đề này, các kỹ thuật nghiền và đánh bóng cơ học hóa học (CMP) có thể được sử dụng để làm mỏng trực tiếp chồng SiC / SiO2 - Si liên kết đến < 1 μm, đạt được bề mặt mịn.Việc làm mỏng hơn nữa có thể đạt được thông qua khắc ion phản ứng (RIE)Hơn nữa, CMP hỗ trợ oxy hóa ẩm đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc giảm độ thô bề mặt và tổn thất phân tán,trong khi nhiệt độ nóng cao có thể tối ưu hóa chất lượng wafer.
                                                                 

Công nghệ liên kết wafer
Một phương pháp chuẩn bị khác là công nghệ liên kết wafer,liên quan đến áp dụng áp lực giữa silicon carbide (SiC) và silicon (Si) wafers và sử dụng các lớp nhiệt - oxy hóa của hai wafers để liên kếtTuy nhiên, lớp oxy hóa nhiệt của SiC có thể gây ra các khiếm khuyết tại giao diện SiC - oxit. Những khiếm khuyết này có thể dẫn đến sự gia tăng mất quang hoặc hình thành bẫy điện tích.Ngoài ra, lớp silicon dioxit trên SiC thường được chuẩn bị bằng cách lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD), và quá trình này cũng có thể gây ra một số vấn đề về cấu trúc.

 
Để vượt qua các thách thức trên, một quy trình sản xuất chip 3C - SiCOI mới đã được đề xuất, sử dụng quy trình liên kết anod kết hợp với thủy tinh borosilicate,do đó bảo tồn tất cả các chức năng của silicon micromachining / CMOS và SiC photonicsNgoài ra, SiC vô hình cũng có thể được lắng đọng trực tiếp trên tấm SiO2/Si bằng PECVD hoặc phun, do đó đạt được sự tích hợp quy trình đơn giản.Tất cả các phương pháp này hoàn toàn tương thích với các quy trình CMOS, tiếp tục thúc đẩy ứng dụng SiCOI trong lĩnh vực quang học.
                                                                                 

Ưu điểm
So với các nền tảng vật liệu hiện có của silicon-on-isolator (SOI), silicon nitride (SiN) và lithium niobate-on-isolator (LNOI),Nền tảng vật liệu SiCOI cho thấy những lợi thế đáng kể trong các ứng dụng quang học và đang nổi lên như nền tảng vật liệu thế hệ tiếp theo cho công nghệ lượng tửNhững lợi thế cụ thể là:

• Nó thể hiện tính minh bạch tuyệt vời trong phạm vi bước sóng từ khoảng 400 nm đến khoảng 5000 nm và đạt được hiệu suất xuất sắc với mất dẫn sóng dưới 1 dB / cm.
• Nó hỗ trợ nhiều chức năng như điều chỉnh quang điện, chuyển đổi nhiệt và điều chỉnh tần số.
• Nó cho thấy thế hệ âm thanh thứ hai và các đặc điểm quang học phi tuyến tính khác và có thể phục vụ như một nền tảng nguồn photon duy nhất dựa trên các trung tâm màu.

 
​Ứng dụng

Ngoài ra, SiCOI kết hợp các lợi thế của silicon carbide (SiC) về độ dẫn nhiệt cao và điện áp phá vỡ cao với các tính chất cách ly điện tốt của chất cách ly,và tăng cường các tính chất quang học của các wafer SiC gốcNó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ cao như quang học tích hợp, quang học lượng tử và các thiết bị điện.Các nhà nghiên cứu đã phát triển một số lượng lớn các thành phần quang tử chất lượng cao, bao gồm dẫn sóng tuyến tính, cộng hưởng vi sóng, dẫn sóng tinh thể quang tử, cộng hưởng vi đĩa, điều chế quang điện, nhiễu đo Mach - Zehnder (MZIs) và phân tách chùm tia.Các thành phần này có tính năng mất mát thấp và hiệu suất cao, cung cấp một nền tảng kỹ thuật vững chắc cho truyền thông lượng tử, máy tính quang tử và các thiết bị điện tần số cao.
 
 
Silicon Carbide on Insulator (SiCOI) phim mỏng là vật liệu tổng hợp sáng tạo, thường được chế tạo bằng cách lắng đọng một tinh thể đơn, chất lượng cao silicon carbide (SiC) lớp mỏng (500~600 nm,tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể) trên chất nền silicon dioxide (SiO2)SiC được biết đến với tính dẫn nhiệt đặc biệt, điện áp phá vỡ cao và khả năng chống hóa học xuất sắc.vật liệu này có thể đồng thời đáp ứng các yêu cầu đòi hỏi của công suất cao, các ứng dụng tần số cao và nhiệt độ cao.
 
                                                      
 

Câu hỏi và câu trả lời

Q1: Sự khác biệt giữa SICOI và các thiết bị SiC-on-Si truyền thống là gì?
A:Lĩnh nền cách nhiệt của SICOI (ví dụ, Al2O3) loại bỏ điện dung ký sinh trùng và dòng rò rỉ từ các chất nền silicon trong khi tránh các khiếm khuyết do không phù hợp lưới.Điều này dẫn đến độ tin cậy thiết bị vượt trội và hiệu suất tần số.
 
Q2: Bạn có thể cung cấp một trường hợp ứng dụng điển hình của SICOI trong điện tử ô tô?
​​A:Các biến tần Tesla Model 3 sử dụng SiC MOSFETs. Các thiết bị dựa trên SICOI trong tương lai có thể cải thiện hơn nữa mật độ năng lượng và phạm vi nhiệt độ hoạt động.
 
Q3: Những lợi thế của SICOI so với SOI (silicon-on-insulator) là gì?
​​A:

• ​​Hiệu suất vật liệu:Khoảng cách băng tần rộng của SICOI cho phép hoạt động ở công suất và nhiệt độ cao hơn, trong khi SOI bị hạn chế bởi các hiệu ứng vận chuyển nóng.
• Hiệu suất quang học:SICOI đạt được tổn thất dẫn sóng < 1 dB / cm, thấp hơn đáng kể so với SOI ~ 3 dB / cm, làm cho nó phù hợp với quang học tần số cao.
• ​​Phổ rộng chức năng:SICOI hỗ trợ quang học phi tuyến tính (ví dụ: thế hệ hài hòa thứ hai), trong khi SOI chủ yếu dựa vào các hiệu ứng quang học tuyến tính.

 
Các sản phẩm liên quan