подавляющее большинство полупроводниковых интегральных микросхем, используемых в настоящее время, основаны на кремниевых металлических оксидах- полупроводниковых полевых транзисторов (МОП-транзисторов), чьи электронные преимущества и эксплуатационные физика устройств суммируется в главе кацумата и в других местах. учитывая крайность полезность и успех инверсионной электроники на основе mosfet в кремнии vlsi (а также дискретные силовые силовые устройства), естественно, желательно реализовать высокоэффективную инверсию канальные MOSFETS. как кремний, sic образует тепло, когда он достаточно нагревается в кислородной среде. в то время как это позволяет технологии sic mos несколько следовать очень успешным путь технологии кремния mos, тем не менее, существуют важные различия в качестве изолятора и устройства, которые в настоящее время препятствуют реализации sic-мосфеты потенциал. в то время как следующий дискурс пытается быстро выделить ключевые проблемы, стоящие перед sic mosfet более подробную информацию можно найти в ссылках 133-142. с чисто электрической точки зрения существуют два основных недостатка в работе оксидов sic и mosfets по сравнению с кремниевыми МОП-транзисторами. во-первых, эффективные подвижности каналов инверсии в большинстве sic-модемов ниже, чем можно было бы ожидать на основе подвижностей несущих МОП-транзисторов кремния. это серьезно снижает коэффициент усиления транзистора и ток-способность sic-мосфайтов, так что sic MOSFET не так выгодны, как теоретически предсказано. во-вторых, оксиды sic не доказали как надежные и неизменные, так как хорошо развитые оксиды кремния в том, что sic mosfets более подвержены пороговых сдвигов напряжения, утечки затвора и отказов оксидов, чем сравнимо смещенные кремниевые МОП-транзисторы. в в частности, недостатки электрических характеристик оксида кремния mosfet объясняются различиями между кремния и SiC-оксида и структуры интерфейса, которые приводят к тому, что оксид sic проявляет нежелательно более высокие уровни плотности состояний интерфейса ( ), фиксированные заряды оксидов ( ), захват заряда, туннелирование оксидов носителей и пониженная подвижность носителей инверсионных каналов. подчеркивая трудности, с которыми сталкивается развитие sic mosfet, важно иметь в виду, что ранние кремниевые мосфеты также сталкивались с проблемами развития, которые занимали много лет специализированных исследований усилия по успешному преодолению. действительно, огромные улучшения в производительности устройства 4h-sic mos были достигнуты в последние годы, давая надежду, что полезные 4-сильные устройства для МОП-транзисторов для работа до температуры окружающей среды до 125 ° C может стать коммерциализированной в течение ближайших нескольких лет. например, мобильность канала инверсии 4h-sic mosfet для условно ориентированной (8 ° off (0001) с-ось), пластины улучшились от \u0026 lt; 10 до \u0026 gt; 200 , а плотность электрически вредных sic- дефекты состояния интерфейса, энергично проживающие вблизи края зо...
полупроводниковые устройства с агрессивной средой и iics имеют мало преимуществ, если они не могут быть надежно упакованы и подключены для создания полной системы, способной работать в агрессивной среде. с надлежащим выбором материала, модификации существующих технологий упаковки i-образных материалов могут оказаться возможными для упаковки без силовой цепи до 300 ° c. недавняя работа начинает заниматься потребностями самых требовательных аэрокосмических электронных приложений, требования которых включают работу в условиях высокой вибрации 500-600 ° с окислительно-окружающими средами, иногда с очень высокой мощностью. например, некоторые прототипы электронных пакетов и монтажных плат, которые выдерживают более тысячи часов при 500 ° C, были продемонстрированы. пассивные компоненты жесткой среды, такие как индукторы, конденсаторы и трансформаторы, также должны быть разработаны для работы в сложных условиях до того, как будут успешно реализованы все преимущества системной электроники, обсуждаемые в разделе 5.3, на системном уровне.
в этом разделе кратко излагается ряд конструкций электронных электронных устройств, разбитых на основные области применения. sic процессы и материальные технологии, ограничивающие возможности различных топологий устройств sic, выделяются как ключевые проблемы, которые необходимо решать при дальнейшем созревании технологий. в этом разделе читателю должно быть очевидно, что наиболее сложная общая задача, препятствующая полностью достижению выгодных возможностей sic electronics, заключается в достижении долговременной высокой эксплуатационной надежности при работе в ранее недостижимых режимах температуры и плотности мощности. потому что многие ограничения надежности устройств могут быть отнесены к фундаментальным материалам и проблемам соединения / интерфейса, уже упомянутым в разделах 5.4 и 5.5, усилия по обеспечению полезной (то есть надежной) электронной электроники должны быть направлены на улучшение этих фундаментальных областей.
широкая запрещенная зона sic полезна для реализации коротковолновой синей и ультрафиолетовой (ультрафиолетовой) оптоэлектроники. 6h-sic-основанные pn-переходные светоизлучающие диоды (светодиоды) были первыми полупроводниковыми устройствами для покрытия синей части видимого цветового спектра и стал первым основанным на sic-устройствам крупномасштабные коммерческие продажи. потому что ширина запрета sic является косвенной (т. е. минимум проводимости и максимум валентной зоны не совпадают в пространстве импульсов кристалла), люминесцентная рекомбинация по своей сути неэффективна. поэтому светодиоды, основанные на sic pn-переходах, были весьма устаревшими за счет появления гораздо более яркой, гораздо более эффективной группы 3-нитрида прямой запрещенной зоны (iii-n такой как gan, и ingan) синие светодиоды. однако sic-пластины все еще используются как один из подложек (наряду с сапфиром) для роста слоев III-n, используемых в крупномасштабном производстве зеленого и синего нитридов. sic оказалась намного более эффективной при поглощении коротковолнового света, что позволило реализация sic uv-чувствительных фотодиодов, которые служат отличными датчиками пламени в турбомоторе мониторинг и контроль горения. широкий запрет 6h-sic полезен для реализации низкие темные токи фотодиода, а также датчики, слепые к нежелательным ближним инфракрасным диапазонам вырабатываемых тепловой и солнечной радиацией. коммерческие sic-based датчики пламени uv, снова основанные на эпитаксиальном высушенные мезоизолированными 6h-sic pn переходными диодами, успешно сократили вредное загрязнение выбросы от газовых турбин наземного базирования, используемых в системах выработки электроэнергии. низкие темные токи силовых диодов также полезны для обнаружения рентгеновских, тяжелых ионов и нейтронов в ядерных мониторинг реакторов и расширенные научные исследования столкновений частиц высоких энергий и космических излучения....
основное использование sic rf-устройств, по-видимому, заключается в высокочастотном твердотельном усилении высокой мощности на частотах от 600 МГц (uhf-band) до, возможно, до нескольких гигагерц (x-band). как обсуждалось более подробно в ссылках 5, 6, 25, 26, 159 и в других местах, высокое пробивное напряжение и высокая теплопроводность, связанные с высокой скоростью насыщения носителей, позволяют sic rf-транзисторам обрабатывать гораздо более высокие плотности мощности, чем их кремний или газы rf, несмотря на недостаток sic в подвижности подвижного состава (таблица 5.1). более высокая теплопроводность sic также имеет решающее значение для минимизации самонагрева канала, так что рассеяние фононов не приводит к серьезному ухудшению скорости несущей. эти материальные преимущества ВЧ аргументы мощности применимы к множеству различных транзисторных структур, таких как mesfets и статические индукционные транзисторы (сидения) и другие широкозонные полупроводниковые полупроводники (такие как iii-нитриды группы), кроме sic. высокая плотность мощности широкополосных транзисторов окажется весьма полезной при реализации твердотельных передатчиков, где важны более высокая мощность с меньшими размерами и массой. меньшее количество транзисторов, способных работать при более высоких температурах, уменьшают требования к согласованию и охлаждению, что приводит к уменьшению общего размера и стоимости этих систем. sic-based высокочастотные среднечастотные mesfets теперь коммерчески доступны. однако важно отметить, что это происходило после многолетних фундаментальных исследований и устраняло низкую надежность из-за эффектов улавливания заряда, возникающих из-за незрелых полуизолирующих субстратов, устройств эпиляров и поверхностной пассивации. одним из ключевых достижений материала, обеспечившим надежную работу, было создание «высокочистых» полуизолирующих сиксовых субстратов (необходимых для минимизации емкости паразитных устройств) с гораздо меньшим зарядовым захватом, чем ранее разработанные полуизолирующие силиконовые пластины, легированные ванадием. устройства sic mesfet, изготовленные на полуизолирующих подложках, возможно, менее восприимчивы. к неблагоприятным последствиям выхода, возникающим из микропипетов, чем вертикальные мощные коммутационные устройства, в первую очередь потому, что микропериод с осью c больше не может соединять две проводящие стороны высокополевого соединения в большинстве областей структуры мессети бокового канала. диоды sic mixer также демонстрируют прекрасную перспективу для уменьшения нежелательных интермодуляционных помех в радиочастотных приемниках. было продемонстрировано улучшение динамического диапазона более чем на 20 дБ с использованием неоптимизированных сиксовых шотландских диодных микшеров. после дальнейших разработок и оптимизации, смесители на основе силикона должны улучшить помехоустойчивость в ситуациях (например, на самолетах или кораблях), где приемники и мощные передатчики находятся близко друг от друга....
большинство аналоговых схем формирования сигнала и цифровых логических схем считаются «уровнем сигнала» в том, что отдельные транзисторы в этих схемах обычно не требуется более нескольких миллиампер тока и \u0026 lt; 20 v для нормальной работы. коммерчески доступные схемы кремний-на-изоляторе могут выполнять сложные цифровые и аналоговые функции уровня сигнала до 300 ° c, когда выход большой мощности не требуется [163]. кроме того, в тех случаях, когда выгодно комбинировать сигнально- уровня с мощными или уникальными sic-датчиками / мембранами на один чип, более дорогие сик-схемы исключительно выполнение низкоуровневых функций уровня сигнала в значительной степени неоправданно для применений с низким уровнем излучения при температурах ниже 250-300 ° C. на момент написания настоящего изобретения отсутствуют коммерчески доступные полупроводниковые транзисторы или интегральные схемы (sic или иначе) для использования при температуре окружающей среды выше 300 ° C. даже несмотря на то, что высокотемпературные лабораторные прототипы на основе sic значительно улучшилось за последнее десятилетие, достижение долговременной эксплуатационной надежности остается главной задачей реализуя полезные устройства и схемы 300-600 ° c. которые были использованы для успешного внедрения vlsi схемы в кремнии и газах, такие как cmos, ecl, bicmos, dcfl и т. д., в различной степени подходят для t \u0026 gt; 300 ° c sic- интегральные схемы. высокотемпературная надежность затвора-изолятора (раздел 5.5.5) имеет решающее значение для успешной реализации интегральных схем на базе MOSFET. утечка диода Шоттки от канала к каналу ограничивает максимальную рабочую температуру цепей sic mesfet до около 400 ° c (раздел 5.5.3.2). поэтому устройства на основе pn-перехода, такие как биполярные переходные транзисторы (bjts) и транзисторы с полевым эффектом (jfets), по-видимому, являются более прочными (по крайней мере, в ближайшем будущем) потенциальными технологиями для достижения длительной работы в 300-600 ° c внешние условия. поскольку схемы уровня сигнала работают при относительно низких электрических полях, значительно ниже напряжения электрического отказа большинства дислокаций, микротрубок и других sic-дислокаций влияют на процесс уровня сигнала, что в гораздо меньшей степени, чем они влияют на выходы силового устройства с высоким полем. на данный момент в лаборатории были продемонстрированы некоторые дискретные транзисторы и мелкомасштабная прототипная логика и аналоговые усилители, основанные на sibbased, с использованием sic-вариаций топологий устройств nmos, cmos, jfet и mesfet. однако ни один из этих прототипов не является коммерчески жизнеспособным на момент написания этой статьи, в основном из-за их неспособности предлагать электрическую стабильную работу с длительной продолжительностью при температуре окружающей среды, превышающей область применения технологии кремния на изоляторе от 250 до 300 ° С. как обсуждается в разделе 5.5, общим препятствием для всех высокотемператур...
свойства материала и фундаментальная физика, лежащие в основе больших теоретических преимуществ силиката кремния для устройств переключения мощности, обсуждались в разделе 5.3.2. аналогично, в разделе 5.4.5 обсуждалось, что кристаллографические дефекты, обнаруженные в sic-пластинах и эпилярах, в настоящее время являются первичным фактором, ограничивающим коммерциализацию полезных сильных мощных коммутационных устройств. этот раздел посвящен дополнительным аспектам развития силовых выпрямителей мощности и технологий переключения транзисторов. в большинстве прототипов силового устройства используются аналогичные топологии и функции, например, их аналоги на основе кремния, такие как вертикальный поток высокого тока через подложку, чтобы максимизировать ток устройства, используя минимальную площадь пластины (т. е. максимизировать плотность тока). в отличие от кремния, однако относительно низкая проводимость современных субстратов p-типа (раздел 5.4.3) диктует, что все вертикальные структуры силовых устройств реализуются с использованием подложек n-типа для достижения выгодно высоких вертикальных плотностей тока , многие из конструктивных решений по дизайну устройств примерно параллельны известным силовым силовым устройствам, за исключением того факта, что цифры для плотности тока, напряжений, плотности мощности и скоростей переключения намного выше в sic. чтобы силовые устройства успешно работали при высоких напряжениях, следует избегать периферийного пробоя из-за избыточного напряжения в полевых условиях при тщательной разработке устройства и правильном выборе изоляционных / пассивирующих диэлектрических материалов. пиковое напряжение многих прототипов высоковольтных силовых устройств часто ограничивалось разрушающим краевым пробоем, особенно в устройствах, способных блокировать несколько киловольт. Кроме того, большинство испытаний многих прототипов мультикиловотных устройств потребовало, чтобы устройство было погружено в специализированные высокочистые прочностные жидкости или газовую атмосферу, чтобы минимизировать повреждение электрической дуги и поверхностного перекрытия на периферии устройства. различные методологии краевого прекращения, многие из которых первоначально были внедрены в устройствах с высоким напряжением в кремнии, были применены к прототипным силовым устройствам с разной степенью успеха, включая специально разработанные легирующие и металлические защитные кольца. более высокие напряжения и более высокие локальные электрические поля силовых силовых устройств будут прикладывать большие нагрузки на упаковку и на пластинчатые изоляционные материалы, поэтому некоторые из материалов, используемых для изоляции / пассивирования кремниевых высоковольтных устройств, могут оказаться недостаточными для надежного использования в сильных высоковольтных устройствах, особенно если эти устройства должны работать при высоких температурах....
высокомощный диодный выпрямитель является критическим строительным блоком схем преобразования мощности. Недавние обзоры результатов экспериментального sic выпрямителя приведены в ссылках 3, 134, 172, 180 и 181. Наиболее важными схемами конструкции устройства с диодным выпрямителем являются примерно параллельные хорошо известные компромиссы с выпрямителями кремния, за исключением того факта, что текущие плотности , напряжения, плотности мощности и скорости переключения намного выше в sic. например, полупроводниковые диоды-диоды с сотки, представляют собой устройства с мажоритарным носителем, которые, как хорошо известно, демонстрируют очень быстрое переключение из-за отсутствия хранилища заряда минорных носителей, которое доминирует (т. е. замедляет, что приводит к нежелательной отработанной энергии и тепла), операция переключения биполярных pn-выпрямительные выпрямители. однако высокое поле пробоя и широкая запрещенная энергетическая запрещающая способность позволяют работать с сик-металл-полупроводниковыми диодами Шоттки при гораздо более высоких напряжениях (выше 1 кВ), чем практическое применение кремниевых диодов Шоттки, которые ограничены работой ниже ~ 200 В из-за гораздо более высокой обратной связи, смещение термоэлектронной утечки.
Контактная информация
luna@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com 
+86-592-5601 404
