Sự khác biệt giữa chất nền SiC giả, nghiên cứu, sản xuất

Chất nền SiC là vật liệu cốt lõi để sản xuất thiết bị bán dẫn thế hệ thứ ba. Việc phân loại cấp chất lượng của họ cần phải phù hợp chính xác với nhu cầu của các giai đoạn khác nhau, chẳng hạn như phát triển thiết bị bán dẫn, xác minh quy trình và sản xuất hàng loạt. Ngành công nghiệp thường phân loại chất nền SiC thành ba loại: loại giả, loại nghiên cứu và loại sản xuất.  Sự hiểu biết rõ ràng về sự khác biệt giữa ba loại chất nền này có thể giúp đạt được giải pháp lựa chọn vật liệu tối ưu cho các yêu cầu ứng dụng cụ thể.

1. Chất nền SiC cấp giả

Chất nền SiC cấp giả có yêu cầu chất lượng thấp nhất trong số ba loại. Chúng thường được sản xuất bằng cách sử dụng các phân đoạn chất lượng thấp hơn ở cả hai đầu của thanh pha lê và được xử lý thông qua các quy trình mài và đánh bóng cơ bản.

Bề mặt wafer thô và độ chính xác đánh bóng không đủ; mật độ khuyết tật của chúng cao, và độ lệch ren và micropipes chiếm một tỷ lệ đáng kể; độ đồng đều về điện kém và có sự khác biệt rõ ràng về điện trở suất và độ dẫn điện của toàn bộ tấm bán dẫn.  Vì vậy, họ có lợi thế vượt trội về hiệu quả chi phí. Công nghệ xử lý đơn giản hóa khiến giá thành sản xuất của chúng thấp hơn nhiều so với hai chất nền còn lại và có thể tái sử dụng nhiều lần.

Chất nền cacbua silic cấp giả phù hợp với các tình huống không có yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng, bao gồm việc bổ sung công suất trong quá trình lắp đặt thiết bị bán dẫn, hiệu chỉnh tham số trong giai đoạn trước vận hành thiết bị, gỡ lỗi tham số trong giai đoạn đầu phát triển quy trình và đào tạo vận hành thiết bị cho người vận hành.

2. Chất nền SiC cấp nghiên cứu

Định vị chất lượng của cấp độ nghiên cứuChất nền SiCnằm giữa cấp độ giả và cấp sản xuất và phải đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất điện và độ sạch cơ bản trong các tình huống R&D.

Mật độ khuyết tật tinh thể của chúng thấp hơn đáng kể so với loại giả nhưng  không đáp ứng các tiêu chuẩn cấp sản xuất. Thông qua các quy trình đánh bóng cơ học hóa học (CMP) được tối ưu hóa, độ nhám bề mặt có thể được kiểm soát, cải thiện đáng kể độ mịn. Có sẵn ở dạng dẫn điện hoặc bán cách điện, chúng thể hiện tính ổn định và tính đồng nhất về hiệu suất điện trên tấm bán dẫn, đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác của thử nghiệm R&D.  Do đó, giá thành của chúng nằm giữa giá của chất nền SiC cấp giả và cấp sản xuất.

Chất nền SiC cấp nghiên cứu được sử dụng trong các tình huống R&D trong phòng thí nghiệm, xác minh chức năng của các giải pháp thiết kế chip, xác minh tính khả thi của quy trình quy mô nhỏ và tối ưu hóa tinh tế các tham số quy trình.

3. Chất nền SiC cấp sản xuất

Chất nền cấp sản xuất là vật liệu cốt lõi để sản xuất hàng loạt thiết bị bán dẫn. Chúng là loại chất lượng cao nhất, với độ tinh khiết trên 99,9999999999% và mật độ khuyết tật của chúng được kiểm soát ở mức cực thấp. 

Sau khi xử lý đánh bóng cơ học hóa học (CMP) có độ chính xác cao, độ chính xác về kích thước và độ phẳng bề mặt đã đạt đến cấp độ nanomet và cấu trúc tinh thể gần như hoàn hảo. Chúng mang lại tính đồng nhất về điện tuyệt vời, với điện trở suất đồng đều trên cả loại chất nền dẫn điện và bán cách điện. Tuy nhiên, do lựa chọn nguyên liệu thô khắt khe và kiểm soát quy trình sản xuất phức tạp (để đảm bảo năng suất cao) nên giá thành sản xuất của chúng cao nhất trong 3 loại chất nền. 

Loại chất nền SiC này phù hợp để sản xuất quy mô lớn các thiết bị bán dẫn xuất xưởng cuối cùng, bao gồm sản xuất hàng loạt MOSFET SiC và điốt rào cản Schottky (SBD), sản xuất thiết bị vi sóng và RF GaN-on-SiC cũng như sản xuất công nghiệp các thiết bị cao cấp như cảm biến tiên tiến và thiết bị lượng tử.