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5. 실리콘 카바이드 기술
  • 5-3-2 고전력 장치 작동

    2018-01-08

    높은 브레이크 다운 장 및 높은 작동 접합부와 결합 된 높은 열 전도성 온도는 이론적으로 매우 높은 전력 밀도와 효율을 이론적으로 실현할 수있다. 장치. 실리콘에 대한 sic의 높은 브레이크 다운 필드는 약 10 배 더 얇고 10 배 무겁게 도핑되어 약 100 배를 허용한다. 동일한 전압 정격에서 블로킹 영역 저항의 유익한 감소. 중대한 에너지 많은 실리콘 고전력 시스템 회로의 손실, 특히 하드 스위칭 모터 드라이브 및 전력 변환 회로는 반도체 스위칭 에너지 손실로부터 발생한다. 물리학은 반도체 소자의 스위칭 손실에 대해서는 다른 곳에서 자세하게 논의하고 있으며 스위칭 에너지 손실은 종종 반도체 스위칭 장치의 턴 - 오프 시간의 함수로서 일반적으로 턴 오프 바이어스의 적용과 장치가 실제로 가장 잘리는 시간 사이의 시간 경과 현재 흐름의 일반적으로 장치가 빨리 꺼질수록 스위치 된 장치의 에너지 손실은 작아집니다 전력 변환 회로. 참고 문헌 3,8 및 19-21에서 논의 된 장치 토폴로지 이유로 높은 브레이크 다운 필드 및 넓은 에너지 밴드 갭으로 가능한 것보다 훨씬 빠른 전원 스위칭 가능 비교할 수있는 볼트 암페어 정격의 실리콘 전력 스위칭 장치. 고전압 동작 sic을 사용하는 훨씬 더 얇은 블로킹 영역으로 훨씬 빠른 스위칭이 가능합니다 (비교 가능 정격 전압)을 제공한다. 그러므로, 근본적인 힘 컨버터는 더 높은 효율로 더 높은 스위칭 주파수에서 동작 할 수있다 (즉, 에너지 손실). 전력 변환기에서 더 높은 스위칭 주파수가 매우 바람직합니다. 더 작은 축전기, 인덕터 및 변압기의 사용을 허용하므로 전체적으로 크게 감소시킬 수 있습니다 전력 컨버터 크기, 무게 및 비용. sic은 온 저항이 적고 스위칭 속도가 빠르면 에너지 손실과 발열을 최소화 할 수 있지만, sic의 높은 열전도도는 활성 열원으로부터 폐열 에너지를보다 효율적으로 제거 할 수있게합니다. 장치. 온도차의 증가에 따라 열 에너지 복사 효율이 크게 증가하기 때문에 장치와 냉각 환경 사이에서 높은 접합 온도에서 작동 할 수있는 SIC의 능력 훨씬 더 효율적인 냉각이 일어나서 히트 싱크 및 다른 장치 냉각 하드웨어 (즉, 팬 냉각, 액체 냉각, 공기 조화, 방열기 등)을 필요로한다. 과열로부터 훨씬 더 작게 또는 심지어 제거 될 수 있습니다. 이전의 논의는 전력 변환을위한 고전력 스위칭에 중점을 두었지만, 레이다에 사용 된 rf 신호를 생성하고 증폭하는 데 사용되는 장치에도 동일한 인수가 적용될 수 있으며 통신 애플리케이션. 특히, 고 내압 및 고 열전도율 높은 캐리어 포화 속도와 결합되어 마이크로파 장치가 훨씬 더 높은 전력을 처리 할 수 ​​있음 저전력 캐리어에서 sic의 단점에도 불구하고 실리콘 또는 gaas rf 대응 부품보다 높은 밀도 유동성....

  • 고출력 고온 시스템의 5-3-3 시스템 이점

    2018-01-08

    고온 및 고전력 실리콘 전자 장치의 비 냉각 작동으로 혁명적 인 항공 우주 시스템 개선. 유압 제어 장치 및 보조 동력 장치의 열악한 주변 작동이 가능한 분산 된 \"스마트\"전자 기계식 제어 장치는 제트 - 항공기 중량 절감, 유지 보수 감소, 오염 감소, 높은 연료 효율성 및 증가 운영 신뢰성. sic 고전력 고체 상태 스위치는 또한 높은 효율을 얻을 수 있습니다. 전력 관리 및 제어. 사이크 전자 제품의 성능 향상으로 인해 추가적인 전력 공급없이 전력 수요 증가를 제공하는 공공 전력망 \"스마트\"전력 관리를 통해 전력 품질 및 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. sic에 의해 가능해진 더 효율적인 전기 모터 드라이브는 또한 산업 생산에 도움이 될 것입니다 시스템뿐만 아니라 디젤 - 전기 철도 기관차, 전기 대중 교통 시스템, 핵 발전 선박 및 전기 자동차 및 버스. 위의 논의로부터, 고전력 고온 고체 상태 전자 장치는 운송 시스템에 상당한 영향을 미칠 수있는 엄청난 이점을 약속합니다. 전 세계적인 규모의 전력 사용량에 대한 정보를 제공합니다. 전기가 분배되고 사용되는 방식을 개선함으로써, 전기 자동차를 개선하여 내연 기관의 대체품이 될 수 있도록 차량 연료 효율 향상 및 나머지 연료 연소 엔진의 오염 감소 sic electronics는 모든 시민의 일상 생활을 향상시킬 수있는 잠재력을 약속합니다. 지구 행성.

  • 5-4 반도체 반도체 결정 성장

    2018-01-08

    이 글을 쓰고있는 현재, 세계에서 가장 주목할만한 이론적 약속은 이전 섹션은 거의 실현되지 않았다. 간략한 역사적 진단을 통해 반도체 재료의 제조 가능성과 품질면에서의 단점은 반도체 반도체 전자 개발. 단순한 관점에서, 개발은 솔리드 스테이트 전자 장치가 그것이 만들어진 반도체 재료만큼이나 좋다.

  • 5-4-1 역사적인 서체 웨이퍼 부족

    2018-01-08

    합리적인 일관성, 크기, 품질 및 가용성을 갖춘 재현 가능한 웨이퍼가 반도체 전자 제품의 상업적 대량 생산. 많은 반도체 재료들이 녹을 수있다. 시드 결정과 같은 큰 결정으로 재현 가능하게 재결정된다. 거의 모든 실리콘 웨이퍼 제조에 사용되는 초크 랄 스키 방법 웨이퍼 대량 생산. 그러나, 왜냐하면 성서는 합리적으로 달성 할 수있는 용해 대신에 승화하기 때문이다. 압력은 기존의 용융 성장 기술로는 성장시킬 수 없다. 1980 년 이전에 실험적으로 인공 전자 장치는 작은 (일반적으로 ~ 1), 불규칙적 인 모양의 결정 결정 혈소판 산업 연마제 (예 : 샌드페이퍼)를 제조하기위한 아셉손 공정의 부산물로서 재배되고, 또는 lely 프로세스에 의해. lely 공정에서, 다결정 실리콘 분말로부터 승화 된 2500 ° C 근처의 온도는 작고 육각형으로 형성되는 공동의 벽에 무작위로 응축됩니다 모양의 혈소판. 이 작고 재현 할 수없는 결정체들은 기본적인 전자 회로를 허용했다. 연구 결과, 그들은 분명히 반도체 대량 생산에 적합하지 않았습니다. 그렇기 때문에 실리콘은 솔리드 스테이트 기술 혁명을 주도하는 지배적 인 반도체, sic 기반 마이크로 일렉트로닉스에 대한 관심 제한적이었다.

  • 5-4-2 대 면적 (실리콘) 기판상의 3c-SiC 성장

    2018-01-08

    그럼에도 불구하고 인공적인 기판의 부재에도 불구하고, 인공 적대 환경 전자 장치의 잠재적 이익은 제조 가능한 웨이퍼 형태로의 획득을 목적으로 한 겸손한 연구 노력을 이끌어 냈다.이 목적을 위해서, 대 면적의 상부에 단결정 실리콘 층의 헤테로 에피 택셜 성장 실리콘 기판은 1983 년에 처음으로 수행되었으며 그 후 다양한 성장 기술을 사용하여 수년 동안 많은 다른 것들이 뒤 따랐다. 주로 격자 상수 (sic과 si 사이의 20 % 차이)와 열팽창 계수 (~ 8 % 차이)의 큰 차이로 인해 실리콘을 기판으로 사용하는 sic의 헤테로 에피 택시는 항상 매우 높은 밀도로 3c-sic의 성장을 가져옵니다 스태킹 폴트, 마이크로 트윈 및 반전 도메인 경계와 같은 결정 학적 구조 결함 실리콘 이외의 다른 대형 면적 웨이퍼 재료 (예 : 사파이어, 실리콘 온 인슐레이터 및 틱)는 실리콘 에피 층의 헤테로 에피 택셜 성장을위한 기판으로 사용되었지만, 생성 된 필름은 높은 결정 학적 결함 밀도를 갖는 비교적 저품질의 것이었다. 현재까지 가장 낮은 결정 학적 결함 밀도를 달성 한 가장 유망한 3c-sic-on-silicon 접근 방식은 파손되지 않은 실리콘 기판의 사용을 포함합니다. 그러나,이 매우 새로운 접근법을 사용하더라도, 전위 밀도는 실리콘 및 벌크 육각형 실리콘 웨이퍼에 비해 매우 높게 유지된다. 일부 제한된 반도체 전자 장치 및 회로가 실리콘 위에 성장 된 3c-sic으로 구현되었지만 (이 글을 쓰는 시점에서) 이러한 전자 장치의 성능은 고밀도의 결정학 결함에 의해 심각하게 제한 될 수 있습니다. 5.3 절에서 논의 된 운영상의 이익은 실현 가능하게 실현되었다. 다른 문제 중 결정 결함은 전류 흐름이 바람직하지 않은 역 바이어 싱 된 디바이스 접합부에서 기생 전류를 누설한다. 과도한 결정 결함이 전기 장치 단점을 초래하기 때문에, 대 면적 기판상에서 성장 된 3C- 실리콘으로 제조 된 상업용 전자 장치는 아직 없다. 따라서 실리콘 위에서 성장한 3c-sic은 현재 순수한 반도체 트랜지스터 전자 장치에서 순수하게 반도체로 사용되는 대신에 마이크로 전자 기계 시스템 (mems) 애플리케이션 (5.6.5 장)에서 기계적 재료로서의 잠재력이 더 크다.

  • 육각형 폴리 타입 웨이퍼의 5-4-3 성장

    2018-01-08

    1970 년대 후반에, tairov와 tzvetkov는 6h-sic의 성장을 위해 변경된 seeded 승화 성장 과정의 기본 원리를 확립했다. 수정 된 lely 공정이라고도 불리는이 공정은 양산 된 웨이퍼로 잘려지고 연마 될 수있는 허용 가능한 크기의 큰 단결정을 재현 가능하게 성장시킬 수있는 첫 번째 가능성을 제공한다는 점에서 Sic의 돌파구였다. 기본적인 성장 과정은 다결정 실리콘 원료 물질을 ~ 2400 ° C의 조건에서 가열하여 증기 상태로 승화시킨 후 더 차가운 시드 결정에 응축하는 것을 기반으로합니다. 이것은 단일 원뿔 모양의 원통형 boule을 생성합니다 대략 시간당 수 밀리미터의 속도로 더 키가 크다. 지금까지 승화 과정에서 성장의 바람직한 방향은 더 큰 원통형 부울의 수직 성장이 \u003c0 0 0\u003e 방향을 따라 진행되도록하는 것이다. 결정 학적 c 축 방향 (즉,도 5.1의 수직 방향). c- 축에 수직 한 (즉, 10 ° 내에서 수직 인) 표면을 갖는 원형의 \"c- 축\"웨이퍼는 대략 원통형의 보울로부터 절단 될 수있다. 승화 성장 과정의 추가 개발 년 후, cree, inc.는 1989 년 c 축 지향 6h-sic의 2.5cm 직경 반도체 웨이퍼를 판매 한 최초의 회사가되었습니다. 그에 따라, 반도체 반도체 전자 개발 및 상업화는 6h 및 4h 폴리 폴리 타입의 c- 축 - 지향 (c-axis-oriented) 웨이퍼를 사용하여 1990 년부터 일어났다. 다양한 크기 (현재 직경이 7.6cm에 이르는)의 n 형, p 형 및 반 절연 웨이퍼가 현재 다양한 공급 업체로부터 상업적으로 이용 가능하다. p 형 실리콘 웨이퍼에 대한 달성 가능한 기판 전도도는 n 형 기판보다 10 배 이상 작다는 점에 유의할 필요가있다. 이는 표 4의 도너 및 도펀트 이온화 에너지 간의 차이 때문이다 (표 5.1). 보다 최근에는, 고체 소스의 승화 대신에 가스 소스로 또는 가스 및 고체 소스의 조합으로 성장 된 실리콘 웨이퍼가 상업화되었다. 지난 10 년간 sic boule과 \"a-face\"방향과 같은 다른 결정 학적 방향을 따라 배향 된 웨이퍼의 성장도 연구되었다. 이러한 다른 웨이퍼 방향은 기존의 c 축 방향 웨이퍼 (5.5.5 절에서 간략히 언급 함)와 비교하여 디바이스 특성에있어 흥미로운 차이점을 제공하지만, 제작 된 모든 상용 전자 부품은 c 축을 사용하여 제조됩니다 방향성이있는 웨이퍼. 웨이퍼 크기, 비용 및 품질은 대량 생산 된 반도체 마이크로 일렉트로닉스의 제조 가능성 및 공정 수율에 매우 중요합니다. 평범한 실리콘 웨이퍼 표준에 비해 오늘날의 4 시간 및 6 시간 웨이퍼는 작고 비싸며 일반적으로 원거리의

  • 5-4-4 sic epilayers

    2018-01-08

    대부분의 SIC 전자 장치는 승화 된 웨이퍼에서 직접 제조되지는 않지만 초기 승화 된 웨이퍼의 최상부에서 성장되는 훨씬 높은 품질의 에피 택셜 층으로 제조된다. 잘 성장 된 sic 에피 층은 우수한 전기적 특성을 가지며, 대량 승화 성장 된 웨이퍼 웨이퍼 재료보다 더 제어 가능하고 재생 가능하다. 따라서, 고 품질 에피 층의 제어 된 성장은 유용한 회로 전자의 실현에서 매우 중요합니다.

  • 5-4-4 sic epilayers

    2018-01-08

    대부분의 SIC 전자 장치는 승화 된 웨이퍼에서 직접 제조되지는 않지만 초기 승화 된 웨이퍼의 최상부에서 성장되는 훨씬 높은 품질의 에피 택셜 층으로 제조된다. 잘 성장 된 sic 에피 층은 우수한 전기적 특성을 가지며, 대량 승화 성장 된 웨이퍼 웨이퍼 재료보다 더 제어 가능하고 재생 가능하다. 따라서, 고 품질 에피 층의 제어 된 성장은 유용한 회로 전자의 실현에서 매우 중요합니다.

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