Wafer SICOI (Silikon Karbida pada Isolator) Film SiC pada Silikon
Diagram Rinci
Pengenalan wafer silikon karbida pada isolator (SICOI)
Wafer Silikon Karbida pada Insulator (SICOI) adalah substrat semikonduktor generasi terbaru yang memadukan sifat fisik dan elektronik silikon karbida (SiC) yang unggul dengan karakteristik isolasi listrik yang luar biasa dari lapisan penyangga isolasi, seperti silikon dioksida (SiO₂) atau silikon nitrida (Si₃N₄). Wafer SICOI umumnya terdiri dari lapisan tipis SiC epitaksial, film isolasi antara, dan substrat dasar pendukung, yang dapat berupa silikon atau SiC.
Struktur hibrida ini dirancang untuk memenuhi tuntutan ketat perangkat elektronik berdaya tinggi, berfrekuensi tinggi, dan bersuhu tinggi. Dengan menggabungkan lapisan isolasi, wafer SICOI meminimalkan kapasitansi parasit dan menekan arus bocor, sehingga memastikan frekuensi operasi yang lebih tinggi, efisiensi yang lebih baik, dan manajemen termal yang lebih baik. Keunggulan ini menjadikannya sangat berharga di sektor-sektor seperti kendaraan listrik, infrastruktur telekomunikasi 5G, sistem kedirgantaraan, elektronik RF canggih, dan teknologi sensor MEMS.
Prinsip Produksi Wafer SICOI
Wafer SICOI (Silicon Carbide on Insulator) diproduksi melalui proses yang canggihproses pengikatan dan penipisan wafer:
-
Pertumbuhan Substrat SiC– Wafer SiC kristal tunggal berkualitas tinggi (4H/6H) disiapkan sebagai bahan donor.
-
Deposisi Lapisan Isolasi– Film isolasi (SiO₂ atau Si₃N₄) dibentuk pada wafer pembawa (Si atau SiC).
-
Ikatan Wafer– Wafer SiC dan wafer pembawa diikat bersama di bawah suhu tinggi atau bantuan plasma.
-
Pengenceran & Pemolesan– Wafer donor SiC diencerkan hingga beberapa mikrometer dan dipoles untuk mencapai permukaan yang halus secara atom.
-
Inspeksi Akhir– Wafer SICOI yang telah selesai diuji untuk keseragaman ketebalan, kekasaran permukaan, dan kinerja insulasi.
Melalui proses ini, sebuahlapisan SiC aktif tipisdengan sifat listrik dan termal yang sangat baik dikombinasikan dengan film isolasi dan substrat pendukung, menciptakan platform berkinerja tinggi untuk perangkat daya dan RF generasi berikutnya.
Keunggulan Utama Wafer SICOI
| Kategori Fitur | Karakteristik Teknis | Manfaat Inti |
|---|---|---|
| Struktur Material | Lapisan aktif 4H/6H-SiC + film isolasi (SiO₂/Si₃N₄) + pembawa Si atau SiC | Mencapai isolasi listrik yang kuat, mengurangi gangguan parasit |
| Sifat Listrik | Kekuatan tembus tinggi (>3 MV/cm), kehilangan dielektrik rendah | Dioptimalkan untuk operasi tegangan tinggi dan frekuensi tinggi |
| Sifat Termal | Konduktivitas termal hingga 4,9 W/cm·K, stabil di atas 500°C | Pembuangan panas yang efektif, kinerja luar biasa di bawah beban termal yang keras |
| Sifat Mekanik | Kekerasan ekstrim (Mohs 9,5), koefisien ekspansi termal rendah | Kuat terhadap tekanan, meningkatkan umur perangkat |
| Kualitas Permukaan | Permukaan sangat halus (Ra <0,2 nm) | Mempromosikan epitaksi bebas cacat dan fabrikasi perangkat yang andal |
| Isolasi | Resistivitas >10¹⁴ Ω·cm, arus bocor rendah | Pengoperasian yang andal dalam aplikasi isolasi RF dan tegangan tinggi |
| Ukuran & Kustomisasi | Tersedia dalam format 4, 6, dan 8 inci; ketebalan SiC 1–100 μm; isolasi 0,1–10 μm | Desain fleksibel untuk berbagai persyaratan aplikasi |
Area Aplikasi Inti
| Sektor Aplikasi | Kasus Penggunaan Umum | Keunggulan Performa |
|---|---|---|
| Elektronika Daya | Inverter EV, stasiun pengisian daya, perangkat daya industri | Tegangan tembus tinggi, mengurangi kehilangan peralihan |
| RF dan 5G | Penguat daya stasiun pangkalan, komponen gelombang milimeter | Parasit rendah, mendukung operasi rentang GHz |
| Sensor MEMS | Sensor tekanan lingkungan keras, MEMS tingkat navigasi | Stabilitas termal tinggi, tahan terhadap radiasi |
| Dirgantara & Pertahanan | Komunikasi satelit, modul daya avionik | Keandalan dalam suhu ekstrem dan paparan radiasi |
| Jaringan Cerdas | Konverter HVDC, pemutus sirkuit solid-state | Isolasi tinggi meminimalkan kehilangan daya |
| Optoelektronika | LED UV, substrat laser | Kualitas kristal yang tinggi mendukung emisi cahaya yang efisien |
Pembuatan 4H-SiCOI
Produksi wafer 4H-SiCOI dicapai melaluiproses pengikatan dan penipisan wafer, memungkinkan antarmuka isolasi berkualitas tinggi dan lapisan aktif SiC bebas cacat.
-
a: Skema pembuatan platform material 4H-SiCOI.
-
b: Gambar wafer 4H-SiCOI berukuran 4 inci yang menggunakan pengikatan dan pengenceran; zona cacat ditandai.
-
c: Karakterisasi keseragaman ketebalan substrat 4H-SiCOI.
-
d: Gambar optik dari cetakan 4H-SiCOI.
-
e: Alur proses pembuatan resonator mikrodisk SiC.
-
f: SEM dari resonator mikrodisk yang telah lengkap.
-
g: SEM yang diperbesar menunjukkan dinding samping resonator; sisipan AFM menggambarkan kehalusan permukaan skala nano.
-
h: SEM penampang melintang yang menggambarkan permukaan atas berbentuk parabola.
FAQ tentang Wafer SICOI
Q1: Apa kelebihan wafer SICOI dibandingkan wafer SiC tradisional?
A1: Tidak seperti substrat SiC standar, wafer SICOI mencakup lapisan isolasi yang mengurangi kapasitansi parasit dan arus bocor, sehingga menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi, respons frekuensi yang lebih baik, dan kinerja termal yang unggul.
Q2: Ukuran wafer apa yang biasanya tersedia?
A2: Wafer SICOI umumnya diproduksi dalam format 4 inci, 6 inci, dan 8 inci, dengan SiC dan ketebalan lapisan isolasi yang disesuaikan tersedia tergantung pada persyaratan perangkat.
Q3: Industri mana yang paling diuntungkan oleh wafer SICOI?
A3: Industri utama meliputi elektronika daya untuk kendaraan listrik, elektronika RF untuk jaringan 5G, MEMS untuk sensor kedirgantaraan, dan optoelektronika seperti LED UV.
Q4: Bagaimana lapisan isolasi meningkatkan kinerja perangkat?
A4: Film isolasi (SiO₂ atau Si₃N₄) mencegah kebocoran arus dan mengurangi gangguan listrik, memungkinkan ketahanan tegangan yang lebih tinggi, pengalihan yang lebih efisien, dan mengurangi kehilangan panas.
Q5: Apakah wafer SICOI cocok untuk aplikasi suhu tinggi?
A5: Ya, dengan konduktivitas termal yang tinggi dan ketahanan di atas 500°C, wafer SICOI dirancang untuk berfungsi dengan andal dalam suhu panas ekstrem dan lingkungan yang keras.
Q6: Bisakah wafer SICOI disesuaikan?
A6: Tentu saja. Produsen menawarkan desain khusus untuk ketebalan, tingkat doping, dan kombinasi substrat tertentu guna memenuhi beragam kebutuhan penelitian dan industri.
