SICOI(절연체 위의 실리콘 카바이드) 웨이퍼 SiC 필름 ON 실리콘
상세 다이어그램
실리콘 카바이드 온 인슐레이터(SICOI) 웨이퍼 소개
실리콘 카바이드 온 인슐레이터(SICOI) 웨이퍼는 실리콘 카바이드(SiC)의 우수한 물리적 및 전자적 특성과 이산화규소(SiO₂) 또는 질화규소(Si₃N₄)와 같은 절연 버퍼층의 뛰어난 전기적 절연 특성을 결합한 차세대 반도체 기판입니다. 일반적인 SICOI 웨이퍼는 얇은 에피택셜 SiC 층, 중간 절연막, 그리고 실리콘 또는 SiC로 이루어진 지지 기판으로 구성됩니다.
이 하이브리드 구조는 고전력, 고주파 및 고온 전자 장치의 엄격한 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. 절연층을 통합함으로써 SICOI 웨이퍼는 기생 커패시턴스를 최소화하고 누설 전류를 억제하여 더 높은 작동 주파수, 더 나은 효율, 그리고 향상된 열 관리를 보장합니다. 이러한 장점 덕분에 SICOI 웨이퍼는 전기 자동차, 5G 통신 인프라, 항공우주 시스템, 첨단 RF 전자 장치, MEMS 센서 기술 등의 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다.
SICOI 웨이퍼 생산 원리
SICOI(Silicon Carbide on Insulator) 웨이퍼는 첨단 기술을 통해 제조됩니다.웨이퍼 본딩 및 박막화 공정:
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SiC 기판 성장– 고품질 단결정 SiC 웨이퍼(4H/6H)를 도너 소재로 준비합니다.
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절연층 증착– 캐리어 웨이퍼(Si 또는 SiC) 위에 절연막(SiO₂ 또는 Si₃N₄)을 형성한다.
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웨이퍼 본딩– SiC 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼는 고온 또는 플라즈마 지원을 통해 결합됩니다.
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희석 및 연마– SiC 도너 웨이퍼를 수 마이크로미터까지 얇게 만들고 연마하여 원자적으로 매끄러운 표면을 얻습니다.
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최종 검사– 완성된 SICOI 웨이퍼는 두께 균일성, 표면 거칠기, 절연 성능에 대해 테스트됩니다.
이 과정을 통해얇은 활성 SiC 층뛰어난 전기적, 열적 특성을 지닌 소재를 절연 필름과 지지 기판과 결합하여 차세대 전력 및 RF 장치를 위한 고성능 플랫폼을 만들어냅니다.
SICOI 웨이퍼의 주요 장점
| 기능 카테고리 | 기술적 특성 | 핵심 혜택 |
|---|---|---|
| 재료 구조 | 4H/6H-SiC 활성층 + 절연막(SiO₂/Si₃N₄) + Si 또는 SiC 캐리어 | 강력한 전기적 절연을 달성하고 기생 간섭을 줄입니다. |
| 전기적 특성 | 높은 파괴 강도(>3 MV/cm), 낮은 유전 손실 | 고전압 및 고주파 작동에 최적화됨 |
| 열적 특성 | 최대 4.9 W/cm·K의 열전도도, 500°C 이상에서 안정적 | 효과적인 방열, 혹독한 열 부하에서도 뛰어난 성능 |
| 기계적 특성 | 극한의 경도(모스 9.5), 낮은 열팽창 계수 | 스트레스에 강하고 기기 수명을 연장합니다. |
| 표면 품질 | 매우 매끄러운 표면(Ra <0.2 nm) | 결함 없는 에피택시와 안정적인 장치 제작을 촉진합니다. |
| 격리 | 저항률 >10¹⁴ Ω·cm, 낮은 누설 전류 | RF 및 고전압 절연 응용 분야에서 안정적인 작동 |
| 크기 및 사용자 정의 | 4, 6, 8인치 포맷으로 제공; SiC 두께 1~100μm; 절연 0.1~10μm | 다양한 애플리케이션 요구 사항에 맞는 유연한 설계 |
핵심 응용 분야
| 응용 분야 | 일반적인 사용 사례 | 성능 이점 |
|---|---|---|
| 전력 전자 | EV 인버터, 충전소, 산업용 전력 장치 | 높은 파괴전압, 낮은 스위칭 손실 |
| RF 및 5G | 기지국 전력 증폭기, 밀리미터파 부품 | 낮은 기생성, GHz 범위 작동 지원 |
| MEMS 센서 | 혹독한 환경용 압력 센서, 내비게이션 등급 MEMS | 높은 열 안정성, 방사선 저항성 |
| 항공우주 및 방위 | 위성 통신, 항공 전자 장비 전원 모듈 | 극한 온도 및 방사선 노출에서의 신뢰성 |
| 스마트 그리드 | HVDC 컨버터, 솔리드 스테이트 회로 차단기 | 높은 절연성으로 전력 손실 최소화 |
| 광전자공학 | UV LED, 레이저 기판 | 높은 결정질 품질은 효율적인 광 방출을 지원합니다. |
4H-SiCOI의 제조
4H-SiCOI 웨이퍼의 생산은 다음을 통해 달성됩니다.웨이퍼 본딩 및 박막화 공정고품질 절연 인터페이스와 결함 없는 SiC 활성층을 구현합니다.
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a: 4H-SiCOI 소재 플랫폼 제작의 개략도.
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b: 본딩 및 박막화를 이용한 4인치 4H-SiCOI 웨이퍼 이미지; 결함 영역이 표시됨.
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c: 4H-SiCOI 기판의 두께 균일성 특성.
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d: 4H-SiCOI 다이의 광학 이미지.
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e: SiC 마이크로디스크 공진기를 제작하기 위한 공정 흐름.
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f: 완성된 마이크로디스크 공진기의 SEM.
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g: 공진기 측벽을 보여주는 확대된 SEM, 나노스케일 표면의 매끄러움을 보여주는 AFM 삽입도.
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h: 포물선 모양의 상부 표면을 보여주는 단면 SEM입니다.
SICOI 웨이퍼에 대한 FAQ
Q1: SICOI 웨이퍼는 기존 SiC 웨이퍼에 비해 어떤 장점이 있나요?
A1: 표준 SiC 기판과 달리 SICOI 웨이퍼에는 기생 용량과 누설 전류를 줄이는 절연층이 포함되어 있어 효율성이 더 높고, 주파수 응답이 더 좋으며, 열 성능이 더 뛰어납니다.
Q2: 일반적으로 어떤 웨이퍼 크기가 사용 가능합니까?
A2: SICOI 웨이퍼는 일반적으로 4인치, 6인치, 8인치 포맷으로 생산되며, 장치 요구 사항에 따라 맞춤형 SiC 및 절연층 두께를 사용할 수 있습니다.
Q3: 어떤 산업이 SICOI 웨이퍼로부터 가장 큰 혜택을 볼 수 있나요?
A3: 주요 산업으로는 전기자동차용 전력전자, 5G 네트워크용 RF 전자, 항공우주 센서용 MEMS, UV LED와 같은 광전자 등이 있습니다.
Q4: 절연층은 어떻게 소자의 성능을 향상시키나요?
A4: 절연막(SiO₂ 또는 Si₃N₄)은 전류 누설을 방지하고 전기적 간섭을 줄여 더 높은 전압 내구성, 더 효율적인 스위칭, 열 손실 감소를 가능하게 합니다.
Q5: SICOI 웨이퍼는 고온 응용 분야에 적합합니까?
A5: 네, 높은 열전도도와 500°C 이상의 내구성을 갖춘 SICOI 웨이퍼는 극한의 열과 혹독한 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다.
Q6: SICOI 웨이퍼를 맞춤 제작할 수 있나요?
A6: 물론입니다. 제조업체는 다양한 연구 및 산업적 요구를 충족하기 위해 특정 두께, 도핑 수준 및 기판 조합에 맞는 맞춤형 설계를 제공합니다.
