SiC-on-Insulator SiCOI-Substrate mit hoher Wärmeleitfähigkeit

Einführung

Silicon Carbide on Insulator (SiCOI) dünne Folien sind innovative Verbundwerkstoffe, die typischerweise durch Ablagerung einer einkristallinen, hochwertigen dünnen Schicht aus Siliziumcarbid (SiC) (500~600 nm,abhängig von den spezifischen Anwendungen) auf einem Siliziumdioxid (SiO2) SubstratSiC ist bekannt für seine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit, seine hohe Abbruchspannung und seine hervorragende chemische Beständigkeit.Dieses Material kann gleichzeitig den anspruchsvollen Anforderungen an hohe Leistung erfüllen, Hochfrequenz- und Hochtemperaturanwendungen.
                                                               

Grundsätze

Die Herstellung von SiCOI-Dünnfolien kann mithilfe von CMOS-kompatiblen Verfahren wie Ionenschneiden und Bindung erreicht werden, wodurch eine nahtlose Integration in bestehende elektronische Schaltungen ermöglicht wird.

Ionenschnittverfahren
Einer der Verfahren basiert auf Ionen-Schnitt (Smart Cut) und SiC-Schichtübertragung, gefolgt von Waferbindung.Diese Technik wurde bei der groß angelegten Herstellung von Silizium-on-Isolator (SOI) -Wafern angewendet.In SiC-Anwendungen kann die Ionenimplantation jedoch Schäden verursachen, die durch thermisches Glühen nicht wiederhergestellt werden können, was zu übermäßigen Verlusten in photonischen Strukturen führt.Hochtemperatur-Wärmebrennen von mehr als 1000°C ist nicht immer mit bestimmten Prozessanforderungen vereinbar.

 
Um diese Probleme zu beheben, können Schleif- und chemisch-mechanische Poliertechniken (CMP) verwendet werden, um den gebundenen SiC/SiO2-Si-Stack direkt auf < 1 μm zu verdünnen, wodurch eine glatte Oberfläche erzielt wird.Weitere Verdünnung kann durch Reaktions-Ionen-Ätzen (RIE) erreicht werden, wodurch Verluste in SiCOI-Strukturen minimiert werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass CMP mit Hilfe von nasser Oxidation die Oberflächenrauheit und Streuverluste wirksam reduziert,Während die Hochtemperatur-Anschmelzung die Waferqualität weiter optimieren kann.
                                                                 

Waferbindungstechnologie
Eine andere Herstellungsmethode ist die Waferbindungstechnologie.bei der Druck zwischen Siliziumkarbid (SiC) und Silizium (Si) Wafer ausgeübt und die thermisch-oxidativen Schichten der beiden Wafer zur Bindung verwendet wirdDie thermische Oxidationsschicht von SiC kann jedoch lokale Defekte an der SiC-Oxid-Schnittstelle verursachen, die zu einem erhöhten optischen Verlust oder zur Bildung von Ladungsträppeln führen können.Außerdem, wird die Siliziumdioxid-Schicht auf SiC in der Regel durch plasmaverstärkte chemische Dampfdeposition (PECVD) hergestellt, und dieser Prozeß kann auch zu bestimmten strukturellen Problemen führen.

 
Um die oben genannten Herausforderungen zu überwinden, wurde ein neues 3C-SiCOI-Chip-Herstellungsprozess vorgeschlagen, bei dem ein anodisches Bindungsprozess mit Borosilikatglas kombiniert wird,Damit werden alle Funktionen von Silizium-Mikro-Bearbeitung/CMOS und SiC-Photonik erhaltenDarüber hinaus kann amorphes SiC durch PECVD oder Sputtering auch direkt auf die SiO2/Si-Wafer abgelagert werden, wodurch eine vereinfachte Prozessintegration erreicht wird.Alle diese Methoden sind voll kompatibel mit CMOS-Prozessen, um die Anwendung von SiCOI im Bereich der Photonik weiter zu fördern.
                                                                                 

Vorteile
Im Vergleich zu den bestehenden Materialplattformen aus Silizium-on-Isolator (SOI), Siliziumnitrid (SiN) und Lithiumniobat-on-Isolator (LNOI)Die SiCOI-Materialplattform weist erhebliche Vorteile in optischen Anwendungen auf und entwickelt sich zu einer Materialplattform der nächsten Generation für Quantentechnologie.Die spezifischen Vorteile sind folgende:

• Es weist eine hervorragende Transparenz im Wellenlängenbereich von ca. 400 nm bis ca. 5000 nm auf und erzielt eine hervorragende Leistung bei einem Wellenleitungsverlust von weniger als 1 dB/cm.
• Es unterstützt mehrere Funktionen wie elektro-optische Modulation, thermische Schaltung und Frequenz-Tuning.
• Es zeigt eine zweite harmonische Generation und andere nichtlineare optische Eigenschaften und kann als eine einphotonische Quellplattform dienen, die auf Farbzentren basiert.

 
- Ich weiß.Anwendungen

Darüber hinaus kombiniert SiCOI die Vorteile von Siliziumcarbid (SiC) in Bezug auf hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Abbruchspannung mit den guten elektrischen Isolationseigenschaften von Isolatoren,und verbessert die optischen Eigenschaften der ursprünglichen SiC-WaferEs wird in hochtechnologischen Bereichen wie integrierter Photonik, Quantenoptik und Stromgeräten weit verbreitet.Forscher haben eine Vielzahl von hochwertigen photonischen Komponenten entwickelt, einschließlich linearer Wellenleitungen, Mikroringresonatoren, photonischen Kristallwellenleitungen, Mikrodiskresonatoren, elektrooptischen Modulatoren, Mach-Zehnder-Interferometern (MZIs) und Strahlsplittern.Diese Komponenten verfügen über geringe Verluste und hohe Leistung, die eine solide technische Grundlage für Quantenkommunikation, photonische Berechnungen und Hochfrequenz-Stromgeräte bieten.
 
 
Silicon Carbide on Insulator (SiCOI) dünne Folien sind innovative Verbundwerkstoffe, die typischerweise durch Ablagerung einer einkristallinen, hochwertigen dünnen Schicht aus Siliziumcarbid (SiC) (500~600 nm,abhängig von den spezifischen Anwendungen) auf einem Siliziumdioxid (SiO2) SubstratSiC ist bekannt für seine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit, seine hohe Abbruchspannung und seine hervorragende chemische Beständigkeit.Dieses Material kann gleichzeitig den anspruchsvollen Anforderungen an hohe Leistung erfüllen, Hochfrequenz- und Hochtemperaturanwendungen.
 
                                                      
 

Fragen und Antworten

F1: Was ist der Unterschied zwischen SICOI und traditionellen SiC-on-Si-Geräten?
A:Das Isolat-Substrat von SICOI (z. B. Al2O3) eliminiert parasitäre Kapazität und Leckströme von Siliziumsubstraten und vermeidet dabei Defekte, die durch Gitterunvereinbarung verursacht werden.Dies führt zu einer höheren Zuverlässigkeit des Geräts und einer höheren Frequenzleistung.
 
F2: Können Sie einen typischen Anwendungsfall von SICOI in der Automobilelektronik angeben?
- Ich weiß.A:Tesla Model 3 Wechselrichter verwenden SiC MOSFETs. Zukünftige SICOI-basierte Geräte könnten die Leistungsdichte und die Betriebstemperaturbereiche weiter verbessern.
 
F3: Welche Vorteile hat SICOI im Vergleich zu SOI (Silicon-on-Insulator)?
- Ich weiß.A:

• - Ich weiß.Materialleistung:Die breite Bandbreite von SICOI ermöglicht den Betrieb bei höherer Leistung und Temperaturen, während SOI durch heiße Trägerwirkungen begrenzt ist.
• Optische Leistung:SICOI erzielt Wellenleitverluste von < 1 dB/cm, deutlich niedriger als SOI ~ 3 dB/cm, was es für Hochfrequenzphotonik geeignet macht.
• - Ich weiß.Funktionale Erweiterung:SICOI unterstützt nichtlineare Optik (z. B. zweite harmonische Generation), während SOI hauptsächlich auf lineare optische Effekte setzt.

 
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