ស៊ីលីកុនកាបៃអ៊ីពីតាស៊ី៖ គោលការណ៍ដំណើរការ ការគ្រប់គ្រងកម្រាស់ និងបញ្ហាប្រឈមនៃពិការភាព

បន្ទះសៀគ្វីស៊ីលីកុនកាបៃ (SiC) ស្ថិតនៅចំកណ្តាលនៃបដិវត្តន៍អេឡិចត្រូនិចថាមពលទំនើប។ ចាប់ពីយានយន្តអគ្គិសនីរហូតដល់ប្រព័ន្ធថាមពលកកើតឡើងវិញ និងដ្រាយឧស្សាហកម្មវ៉ុលខ្ពស់ ដំណើរការ និងភាពជឿជាក់នៃឧបករណ៍ SiC ពឹងផ្អែកតិចជាងលើការរចនាសៀគ្វីជាងអ្វីដែលកើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលមីក្រូម៉ែត្រនៃការលូតលាស់គ្រីស្តាល់នៅលើផ្ទៃបន្ទះសៀគ្វី។ មិនដូចស៊ីលីកុនទេ ដែលបន្ទះសៀគ្វីស៊ីលីកុនគឺជាដំណើរការចាស់ទុំ និងអត់ឱន បន្ទះសៀគ្វីស៊ីលីកុនគឺជាលំហាត់ដ៏ច្បាស់លាស់ និងមិនអត់ឱនក្នុងការគ្រប់គ្រងមាត្រដ្ឋានអាតូម។

អត្ថបទនេះស្វែងយល់ពីរបៀបស៊ីស៊ី អេពីតាក់ស៊ីការងារ ហេតុអ្វីបានជាការគ្រប់គ្រងកម្រាស់មានសារៈសំខាន់ខ្លាំងម្ល៉េះ និងហេតុអ្វីបានជាពិការភាពនៅតែជាបញ្ហាប្រឈមដ៏លំបាកបំផុតមួយនៅក្នុងខ្សែសង្វាក់ផ្គត់ផ្គង់ SiC ទាំងមូល។

១. តើ SiC Epitaxy ជាអ្វី ហើយហេតុអ្វីបានជាវាសំខាន់?

អេពីតាក់ស៊ី (Epitaxial) សំដៅលើការលូតលាស់នៃស្រទាប់គ្រីស្តាល់ដែលការរៀបចំអាតូមរបស់វាធ្វើតាមការរៀបចំស្រទាប់ខាងក្រោម។ នៅក្នុងឧបករណ៍ថាមពល SiC ស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីនេះបង្កើតជាតំបន់សកម្មដែលការទប់ស្កាត់វ៉ុល ចរន្ត និងឥរិយាបថប្តូរត្រូវបានកំណត់។

មិនដូចឧបករណ៍ស៊ីលីកុន ដែលជារឿយៗពឹងផ្អែកលើការដូបសារធាតុច្រើន ឧបករណ៍ SiC ពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងទៅលើស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីដែលមានកម្រាស់ និងទម្រង់ដូបសារធាតុដែលត្រូវបានរចនាឡើងយ៉ាងប្រុងប្រយ័ត្ន។ ភាពខុសគ្នាត្រឹមតែមួយមីក្រូម៉ែត្រនៃកម្រាស់អេពីតាក់ស៊ីអាចផ្លាស់ប្តូរវ៉ុលបំបែក ភាពធន់នៃចរន្ត និងភាពជឿជាក់រយៈពេលវែងយ៉ាងខ្លាំង។

សរុបមក SiC epitaxy មិនមែនជាដំណើរការគាំទ្រទេ - វាកំណត់ឧបករណ៍។

2. មូលដ្ឋានគ្រឹះនៃការលូតលាស់ SiC Epitaxial

ការ​បំបែក SiC ពាណិជ្ជកម្ម​ភាគច្រើន​ត្រូវ​បាន​អនុវត្ត​ដោយ​ប្រើ​ការ​ដាក់​ចំហាយ​គីមី (CVD) នៅ​សីតុណ្ហភាព​ខ្ពស់​ខ្លាំង ជាធម្មតា​ចន្លោះ​ពី 1,500 °C ដល់ 1,650 °C។ ឧស្ម័ន​ស៊ីលីន និង​អ៊ីដ្រូកាបូន​ត្រូវ​បាន​បញ្ចូល​ទៅ​ក្នុង​រ៉េអាក់ទ័រ ដែល​អាតូម​ស៊ីលីកុន និង​កាបូន​រលួយ និង​ផ្គុំ​ឡើង​វិញ​នៅ​លើ​ផ្ទៃ​បន្ទះ​បន្ទះ។

កត្តាជាច្រើនដែលធ្វើឱ្យ SiC epitaxy មានភាពស្មុគស្មាញជាង silicon epitaxy៖

• ចំណងកូវ៉ាឡង់ដ៏រឹងមាំរវាងស៊ីលីកុន និងកាបូន

• សីតុណ្ហភាពលូតលាស់ខ្ពស់ជិតដល់ដែនកំណត់ស្ថេរភាពសម្ភារៈ

• ភាពរសើបចំពោះជំហានផ្ទៃ និងការកាត់មិនត្រឹមត្រូវនៃស្រទាប់ខាងក្រោម

• វត្តមាននៃពហុប្រភេទ SiC ច្រើន

សូម្បីតែគម្លាតបន្តិចបន្តួចនៃលំហូរឧស្ម័ន ឯកសណ្ឋានសីតុណ្ហភាព ឬការរៀបចំផ្ទៃក៏អាចបង្កើតពិការភាពដែលរីករាលដាលតាមរយៈស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ី។

៣. ការគ្រប់គ្រងកម្រាស់៖ ហេតុអ្វីបានជាមីក្រូម៉ែត្រមានសារៈសំខាន់

នៅក្នុងឧបករណ៍ថាមពល SiC កម្រាស់ស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីលកំណត់ដោយផ្ទាល់នូវសមត្ថភាពវ៉ុល។ ឧទាហរណ៍ ឧបករណ៍ 1,200 V អាចត្រូវការស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីលដែលមានកម្រាស់ត្រឹមតែពីរបីមីក្រូម៉ែត្រប៉ុណ្ណោះ ខណៈដែលឧបករណ៍ 10 kV អាចត្រូវការរាប់សិបមីក្រូម៉ែត្រ។

ការសម្រេចបានកម្រាស់ឯកសណ្ឋាននៅទូទាំងបន្ទះសៀគ្វីទំហំ 150 មីលីម៉ែត្រ ឬ 200 មីលីម៉ែត្រទាំងមូល គឺជាបញ្ហាប្រឈមផ្នែកវិស្វកម្មដ៏សំខាន់មួយ។ ការប្រែប្រួលតូចតាចដូចជា ±3% អាចនាំឱ្យមាន៖

• ការចែកចាយវាលអគ្គិសនីមិនស្មើគ្នា

• រឹមវ៉ុលបំបែកត្រូវបានកាត់បន្ថយ

• ភាពមិនស៊ីសង្វាក់គ្នានៃដំណើរការពីឧបករណ៍មួយទៅឧបករណ៍មួយទៀត

ការគ្រប់គ្រងកម្រាស់កាន់តែស្មុគស្មាញដោយសារតម្រូវការសម្រាប់កំហាប់សារធាតុដូបច្បាស់លាស់។ នៅក្នុង SiC epitaxy កម្រាស់ និងសារធាតុដូបត្រូវបានភ្ជាប់យ៉ាងតឹងរ៉ឹង - ការកែតម្រូវមួយជារឿយៗប៉ះពាល់ដល់មួយទៀត។ ការពឹងពាក់គ្នាទៅវិញទៅមកនេះបង្ខំឱ្យក្រុមហ៊ុនផលិតធ្វើឱ្យមានតុល្យភាពរវាងអត្រាកំណើន ឯកសណ្ឋាន និងគុណភាពសម្ភារៈក្នុងពេលដំណាលគ្នា។

៤. ចំណុចខ្វះខាត៖ បញ្ហាប្រឈមជាប់លាប់

បើទោះបីជាមានការរីកចម្រើនយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃឧស្សាហកម្មក៏ដោយ ក៏ពិការភាពនៅតែជាឧបសគ្គកណ្តាលនៅក្នុង SiC epitaxy។ ប្រភេទពិការភាពសំខាន់ៗមួយចំនួនរួមមាន៖

• ការផ្លាស់ទីលំនៅរបស់ប្លង់មូលដ្ឋានដែលអាចពង្រីកកំឡុងពេលប្រតិបត្តិការឧបករណ៍ និងបណ្តាលឱ្យមានការរិចរិលបាយប៉ូឡា

• កំហុសក្នុងការដាក់ជង់ជារឿយៗត្រូវបានបង្កឡើងក្នុងអំឡុងពេលលូតលាស់ epitaxial

• មីក្រូភីពភាគច្រើនត្រូវបានកាត់បន្ថយនៅក្នុងស្រទាប់ខាងក្រោមទំនើប ប៉ុន្តែនៅតែមានឥទ្ធិពលលើទិន្នផល

• ពិការភាពការ៉ុត និងពិការភាពត្រីកោណភ្ជាប់ទៅនឹងអស្ថិរភាពកំណើនក្នុងស្រុក

អ្វីដែលធ្វើឱ្យពិការភាព epitaxial មានបញ្ហាជាពិសេសនោះគឺថា ពិការភាពជាច្រើនមានប្រភពមកពីស្រទាប់ខាងក្រោម ប៉ុន្តែវិវត្តន៍ក្នុងអំឡុងពេលលូតលាស់។ បន្ទះ wafer ដែលអាចទទួលយកបានអាចវិវត្តទៅជាពិការភាពសកម្មអគ្គិសនីបានលុះត្រាតែ epitaxial ធ្វើឱ្យការត្រួតពិនិត្យដំបូងមានការលំបាក។

៥. តួនាទីនៃគុណភាពស្រទាប់ខាងក្រោម

ស្រទាប់​អេពីតាក់ស៊ី​មិនអាច​ទូទាត់​សង​សម្រាប់​ស្រទាប់​ខាងក្រោម​ដែល​មិនល្អ​បានទេ។ ភាពរដុប​នៃ​ផ្ទៃ មុំ​កាត់​ខុស និង​ដង់ស៊ីតេ​នៃ​ការ​ផ្លាស់​ទីតាំង​នៃ​ប្លង់​មូលដ្ឋាន​សុទ្ធតែ​មាន​ឥទ្ធិពល​យ៉ាងខ្លាំង​ទៅលើ​លទ្ធផល​នៃ​ស្រទាប់​អេពីតាក់ស៊ី។

នៅពេលដែលអង្កត់ផ្ចិតបន្ទះសៀគ្វីកើនឡើងពី 150 មីលីម៉ែត្រ ដល់ 200 មីលីម៉ែត្រ និងលើសពីនេះ ការរក្សាគុណភាពស្រទាប់ខាងក្រោមឯកសណ្ឋានកាន់តែពិបាក។ សូម្បីតែការប្រែប្រួលតិចតួចនៅទូទាំងបន្ទះសៀគ្វីក៏អាចបកប្រែទៅជាភាពខុសគ្នាយ៉ាងខ្លាំងនៅក្នុងឥរិយាបថ epitaxial ដែលបង្កើនភាពស្មុគស្មាញនៃដំណើរការ និងកាត់បន្ថយទិន្នផលរួម។

ការភ្ជាប់យ៉ាងតឹងរ៉ឹងរវាងស្រទាប់ខាងក្រោម និងអេពីតាក់ស៊ី គឺជាហេតុផលមួយដែលខ្សែសង្វាក់ផ្គត់ផ្គង់ SiC ត្រូវបានរួមបញ្ចូលបញ្ឈរច្រើនជាងសមភាគីស៊ីលីកុនរបស់វា។

៦. បញ្ហាប្រឈមនៃការធ្វើមាត្រដ្ឋាននៅទំហំបន្ទះសៀគ្វីធំជាង

ការផ្លាស់ប្តូរទៅជាបន្ទះ SiC ធំជាងនេះបង្កើនបញ្ហាប្រឈម epitaxial នីមួយៗ។ ជម្រាលសីតុណ្ហភាពកាន់តែពិបាកក្នុងការគ្រប់គ្រង ឯកសណ្ឋានលំហូរឧស្ម័នកាន់តែមានភាពរសើប និងផ្លូវរីករាលដាលពិការភាពកាន់តែវែង។

ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ ក្រុមហ៊ុនផលិតឧបករណ៍ថាមពលទាមទារឱ្យមានការបញ្ជាក់កាន់តែតឹងរ៉ឹង៖ ការវាយតម្លៃវ៉ុលខ្ពស់ជាង ដង់ស៊ីតេពិការភាពទាប និងភាពស៊ីសង្វាក់គ្នារវាង wafer និង wafer កាន់តែប្រសើរ។ ដូច្នេះ ប្រព័ន្ធ Epitaxy ត្រូវតែសម្រេចបាននូវការគ្រប់គ្រងកាន់តែប្រសើរ ខណៈពេលដែលដំណើរការលើមាត្រដ្ឋានដែលមិនធ្លាប់មានពីមុនមកសម្រាប់ SiC។

ភាពតានតឹងនេះកំណត់នូវការច្នៃប្រឌិតជាច្រើននាពេលបច្ចុប្បន្ននេះនៅក្នុងការរចនារ៉េអាក់ទ័រ epitaxial និងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពដំណើរការ។

7. ហេតុអ្វីបានជា SiC Epitaxy កំណត់សេដ្ឋកិច្ចឧបករណ៍

នៅក្នុងការផលិតស៊ីលីកុន អេពីតាក់ស៊ី ជារឿយៗជាធាតុចំណាយ។ នៅក្នុងការផលិតស៊ីស៊ី វាគឺជាកត្តាជំរុញតម្លៃ។

ទិន្នផល Epitaxial កំណត់ដោយផ្ទាល់ថាតើបន្ទះសៀគ្វី wafers ប៉ុន្មានអាចចូលទៅក្នុងការផលិតឧបករណ៍ និងចំនួនឧបករណ៍ដែលបានបញ្ចប់ស្របតាមលក្ខណៈបច្ចេកទេស។ ការថយចុះបន្តិចបន្តួចនៃដង់ស៊ីតេពិការភាព ឬការប្រែប្រួលកម្រាស់អាចបកប្រែទៅជាការកាត់បន្ថយថ្លៃដើមយ៉ាងសំខាន់នៅកម្រិតប្រព័ន្ធ។

នេះជាមូលហេតុដែលការរីកចម្រើននៃ SiC epitaxy ជារឿយៗមានផលប៉ះពាល់ធំជាងទៅលើការទទួលយកទីផ្សារជាងការទម្លាយភាពជឿនលឿនក្នុងការរចនាឧបករណ៍ខ្លួនឯង។

៨. ទន្ទឹងរង់ចាំ

ការ​វិភាគ​ស្រទាប់​ស៊ីលីកុន (SiC epitaxy) កំពុង​ផ្លាស់ប្តូរ​ជា​លំដាប់​ពី​សិល្បៈ​មួយ​ទៅ​ជា​វិទ្យាសាស្ត្រ​មួយ ប៉ុន្តែវាមិនទាន់ឈានដល់ភាពចាស់ទុំនៃស៊ីលីកុននៅឡើយទេ។ វឌ្ឍនភាពជាបន្តបន្ទាប់នឹងអាស្រ័យលើការត្រួតពិនិត្យនៅនឹងកន្លែងកាន់តែប្រសើរឡើង ការគ្រប់គ្រងស្រទាប់ខាងក្រោមឱ្យកាន់តែតឹងរ៉ឹង និងការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីយន្តការបង្កើតពិការភាព។

ដោយសារ​ឧបករណ៍​អេឡិចត្រូនិក​ថាមពល​ជំរុញ​ទៅរក​វ៉ុល​ខ្ពស់ សីតុណ្ហភាព​ខ្ពស់ និង​ស្តង់ដារ​ភាពជឿជាក់​ខ្ពស់ epitaxy នឹង​នៅតែ​ជា​ដំណើរការ​ស្ងប់ស្ងាត់ ប៉ុន្តែ​ជា​ដំណើរការ​ដ៏​សំខាន់​ដែល​កំណត់​អនាគត​នៃ​បច្ចេកវិទ្យា SiC។

នៅទីបំផុត ដំណើរការនៃប្រព័ន្ធថាមពលជំនាន់ក្រោយអាចត្រូវបានកំណត់ដោយមិនមែនដោយដ្យាក្រាមសៀគ្វី ឬការច្នៃប្រឌិតវេចខ្ចប់នោះទេ ប៉ុន្តែដោយរបៀបដែលអាតូមត្រូវបានដាក់យ៉ាងច្បាស់លាស់ - ស្រទាប់ epitaxial មួយក្នុងពេលតែមួយ។