|
|
|
Nowe technologie na bazie węglika krzemu i ich zastosowania w elektronice wielkich częstotliwości, dużych mocy i wysokich temperatur.
| | Informacje ogólne | | W ostatnich latach badania dotyczące zarówno właściwości różnych politypów węglika krzemu, jak i technologii produkcji urządzeń wykonywanych w tym materiale stają się coraz bardziej intensywne. Jest to spowodowane wyjątkowo cennymi właściwościami tego materiału w porównaniu z krzemem. Należą do nich większe pasmo zabronione, lepsze przewodnictwo cieplne, większa prędkość nasycenia elektronów i wyższa wartość krytycznego natężenia pola elektrycznego. Te cechy pozwalają na produkcję urządzeń o parametrach nieosiągalnych lub trudnych do osiągnięcia w przypadku użycia krzemu czy innych materiałów półprzewodnikowych. Wysoka wartość krytycznego natężenia pola elektrycznego pozwala wykonywać wysokonapięciowe złącza p-n o napięciu przebicia przekraczającym 10kV. Większe pasmo zabronione pozwala na produkcję urządzeń o niskich szumach lub pracujących przy wysokich temperaturach, przekraczających nawet 700°C, podczas gdy wysoka prędkość nasycenia elektronów sprawia, że węglik krzemu jest doskonałym kandydatem do urządzeń wysokiej częstotliwości, których maksymalna częstotliwość pracy sięga THz. Dobre przewodnictwo cieplne jest kluczowym parametrem z punktu widzenia niezawodności (naprężenia cieplne) i kontroli temperatury urządzenia. | | Podstawową przeszkodą w praktycznym wykorzystaniu węglika krzemu w elektronice jest spełnienie licznych, często bardzo wysokich, wymagań w procesach technologicznych w porównaniu z procesami technologii krzemowej. Sprawia to, że procesy technologiczne dobrze znane w technologii krzemowej często zawodzą w przypadku węglika krzemu. Celem Projektu Badawczego Zamawianego jest rozwiązanie niektórych z tych problemów, które otworzą możliwości szerszego zastosowania węglika krzemu w przemyśle elektronicznym. Program obejmuje liczne badania podzielone na 3 grupy, realizowane przez 8 uczelni wyższych i 3 jednostki badawczo-rozwojowe, które od lat zajmują technologią SiC. | | Zakres programu | | Strukturę projektu pokazano na rys.1. Składa się on z trzech bloków tematycznych, obejmujących: produkcję podłoży z SiC, produkcję przyrządów półprzewodnikowych w oparciu o SiC oraz obszary zastosowań dla tych przyrządów. Każde z zadań obejmuje wiele projektów prowadzonych przez oddzielne zespoły badawcze z różnych jednostek, przedstawione w Tabeli 1. Stanowią one większość polskich grup badawczych zaangażowanych w prace nad technologią węglika krzemu i jego zastosowaniami. |
Rys.1. Struktura Polskiego Programu SiC
| | Pierwsze z zadań poświęcone jest opracowaniu technologii produkcji monokryształów 6H-SiC i 4H-SiC ze sproszkowanego węglika krzemu wykorzystując metodę Lely'ego. Inne projekty dotyczą kolejnych kroków koniecznych do uzyskania polerowanych podłoży 6H:SiC i 4H:SiC, zarówno z jak i bez warstwy epitaksjalnej, o jakości wystarczającej dla producentów przyrządów półprzewodnikowych. |
Tabela 1. Grupy badawcze zaangażowane w realizację Projektu
| Jednostki badawczo-rozwojowe |
| | Uczelnie wyższe: |
|
| Drugie zadanie dotyczy różnych aspektów produkcji przyrządów w oparciu o SiC. Ponieważ dobrze scharakteryzowane podłoża są podstawą jakichkolwiek badań nad produkcją przyrządów półprzewodnikowych, szereg projektów koncentruje się na metodach pomiarowych specyficznych dla struktur SiC, co jest niezbędne przy procesach technologicznych. Dotyczą one m.in. metod opisu właściwości elektrycznych, optycznych i fotoelektrycznych struktur MIS na bazie węglika krzemu oraz licznych zagadnień technologicznych, takich jak selektywna implantacja jonów, co jest kluczowym procesem domieszkowania źródła i drenu w technologii MISFET, terminacji złącz przyrządów wysokonapięciowych, tworzenia kontaktów elektrycznych na SiC oraz problemów związanych z obudowami dla urządzeń pracujących w wysokich temperaturach. Osobną grupę tworzą projekty związane z technologią produkcyjną, której celem jest dostarczenie prototypów poszczególnych urządzeń. Należą do nich diody Schottky'ego, diody PiN, tranzystory MISFET i JFET produkowanych na podłożach SiC, jak również wysokiej częstotliwości tranzystory HFET i diody Schottky'ego tworzonych jako heterostruktury AIIIN/SiC.
Trzecie zadanie obejmuje tylko dwa projekty, dotyczące analizy wad i zalet wynikających z zastosowania przyrządów SiC w układach elektroniki dużej mocy. Na podstawie komercyjnie dostępnych elementów, takich jak diody Schottky'ego i tranzystory MESFET, prowadzone są badania nad wpływem parametrów tych przyrządów na projektowanie i warunki pracy rzeczywistych urządzeń elektroniki mocy. |
|
|
