Bolacha Epitaxial SiC de Ultra-Alta Tensão de 6 Polegadas 100–500 µm Para Dispositivos MOSFET

Bolacha Epitaxial SiC de Ultra-Alta Tensão de 6 Polegadas 100–500 μm Para Dispositivos MOSFET

Este produto é uma camada epitaxial de carboneto de silício (SiC) de alta pureza e baixo defeito, com espessura variando de 100 a 500 μm, cultivada em um substrato condutivo 4H-SiC tipo N de 6 polegadas por meio da tecnologia de deposição química de vapor (HT-CVD) em alta temperatura.

Seu objetivo principal de projeto é atender aos requisitos de fabricação de transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs) de carboneto de silício (SiC) de ultra-alta tensão (tipicamente ≥10 kV). Dispositivos de ultra-alta tensão impõem exigências extremamente rigorosas na qualidade dos materiais epitaxiais, como espessura, uniformidade de dopagem e controle de defeitos. Esta bolacha epitaxial representa uma solução de material de ponta desenvolvida para enfrentar esses desafios.

Dados Chave da Bolacha Epitaxial SiC de 6 Polegadas

Principais Características da Bolacha Epitaxial SiC de 6 Polegadas

Para atender às aplicações de ultra-alta tensão, esta bolacha epitaxial deve possuir as seguintes características principais:

1. Camada Epitaxial Ultra-Espessa

• Motivo: De acordo com os princípios da física dos dispositivos, a tensão de bloqueio (BV) de um MOSFET é determinada principalmente pela espessura e concentração de dopagem da camada epitaxial. Para suportar tensões de 10 kV ou superiores, a camada epitaxial deve ser suficientemente espessa (tipicamente, cada 100 μm de espessura suporta aproximadamente 10 kV de tensão de bloqueio) para esgotar e estabelecer um campo elétrico, evitando a ruptura.
• Característica: A faixa de espessura de 100–500 μm fornece a base para projetar dispositivos MOSFET com classificações de tensão de 15 kV e superiores.

2. Controle de Dopagem Excepcionalmente Preciso

• Motivo: A concentração de dopagem (tipicamente usando nitrogênio) da camada epitaxial afeta diretamente a resistência em condução (Rds(on)) e a tensão de ruptura do dispositivo. A concentração excessiva reduz a tensão de ruptura, enquanto a concentração insuficiente aumenta a resistência em condução.
• Característica: A uniformidade de dopagem extremamente alta (dentro da bolacha, bolacha a bolacha e lote a lote) deve ser mantida durante todo o processo de crescimento de filme espesso para garantir parâmetros consistentes do dispositivo e alto rendimento.

3. Densidade de Defeitos Extremamente Baixa

• Motivo: Defeitos na camada epitaxial (por exemplo, defeitos triangulares, defeitos de cenoura, deslocamentos do plano basal (BPDs)) podem atuar como pontos de concentração de campo elétrico ou centros de recombinação de portadores, levando à ruptura prematura, aumento da corrente de fuga ou redução da confiabilidade sob alta tensão.
• Característica: Através de processos de crescimento otimizados, a conversão de deslocamentos do plano basal (BPDs) é efetivamente controlada, e os defeitos de superfície fatais são minimizados, garantindo a estabilidade e a longevidade de dispositivos de ultra-alta tensão.

4. Excelente Morfologia da Superfície

• Motivo: Uma superfície lisa é essencial para o crescimento subsequente de óxido de porta de alta qualidade e processos de fotolitografia. Qualquer rugosidade ou defeito na superfície pode comprometer a integridade do óxido de porta, levando a tensões de limiar instáveis e problemas de confiabilidade.
• Característica: A superfície é lisa, livre de agrupamento de degraus de crescimento ou defeitos macroscópicos, fornecendo um ponto de partida ideal para etapas de processo críticas na fabricação de MOSFETs de ultra-alta tensão.

Principais Aplicações da Bolacha Epitaxial SiC de 6 Polegadas

O único objetivo desta bolacha epitaxial é fabricar dispositivos MOSFET de potência SiC de ultra-alta tensão, principalmente para aplicações de infraestrutura de energia de próxima geração que exigem alta eficiência, densidade de potência e confiabilidade:

① Rede Inteligente e Transmissão de Energia

• Sistemas de Transmissão de Corrente Contínua de Alta Tensão (HVDC): Usados em transformadores de estado sólido (SSTs) e disjuntores dentro de válvulas conversoras para obter uma distribuição de energia e isolamento de falhas mais eficientes e flexíveis.
• Sistemas de Transmissão AC Flexíveis (FACTS): Usados em dispositivos como compensadores síncronos estáticos (STATCOMs) para melhorar a estabilidade da rede e a qualidade da energia.

② Acionamentos Industriais e Conversão de Energia em Larga Escala

• Conversores de Frequência e Acionamentos de Motor de Ultra-Alta Tensão: Usados em grandes acionamentos de motor para as indústrias de mineração, metalurgia e química, eliminando a necessidade de transformadores de frequência de linha volumosos e permitindo o fornecimento direto de energia de média tensão, melhorando significativamente a eficiência do sistema e a densidade de potência.
• Fontes de Alimentação Industriais de Alta Potência: Exemplos incluem máquinas de aquecimento por indução e soldagem.

③ Transporte Ferroviário

• Conversores de Tração de Locomotivas: Usados em sistemas de tração de trens de alta velocidade de próxima geração, capazes de suportar tensões de barramento CC mais altas, reduzindo assim as perdas de transmissão e melhorando a eficiência do sistema.

④ Geração de Energia Renovável e Armazenamento de Energia

• Estações Inversoras Fotovoltaicas em Larga Escala e Conversores de Energia Eólica: Particularmente em cenários conectados à rede de média tensão, os MOSFETs SiC de ultra-alta tensão podem simplificar a arquitetura do sistema, reduzir os estágios de conversão de energia e melhorar a eficiência geral.
• Sistemas de Conversão de Energia (PCS) para Sistemas de Armazenamento de Energia (ESS): Usados em sistemas de armazenamento de energia em larga escala em nível de rede.

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1. P: Qual é a faixa de espessura típica para bolachas epitaxiais SiC de ultra-alta tensão de 6 polegadas usadas em MOSFETs?
     R: A espessura típica varia de 100 a 500 μm para suportar tensões de bloqueio de 10 kV e acima.

2. P: Por que camadas epitaxiais SiC espessas são necessárias para aplicações MOSFET de alta tensão?
     R: Camadas epitaxiais mais espessas são essenciais para sustentar campos elétricos altos e evitar a ruptura por avalanche sob condições de ultra-alta tensão.

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