대표적인 광대역 반도체 물질인 실리콘 카바이드 (SiC) 는 높은 분해장 강도 때문에 차세대 전력 전자 장치의 초석이되었습니다.우수한 열전도성, 극한 온도와 전압에서 작동 할 수 있습니다.
전기적 특성을 조정하는 데 사용되는 다양한 프로세스 중SiC, 확산 도핑은 가장 초기하고 가장 근본적인 기술 중 하나입니다.분산은 여전히 특정 SiC 장치 구조와 연구 방향에서 의미있는 역할을합니다..

이 문서에서는 SiC 기술에서의 확산 과정의 원칙, 특성, 응용 및 현재 상태에 대한 체계적이고 엄격한 개요를 제공합니다.

1. SiC 장치 제조에서 확산의 핵심 응용

이온 임플란테이션과 인시투 피타시얼 도핑은 현대 SiC 생산의 주류 도핑 방법이지만 확산은 여러 가지 주요 목적을 계속 수행합니다.

1.1 전력장치의 접합 구조의 형성

분산은 p형 또는 n형 도판트를 SiC 기체에 도입하여 필수 결합을 만드는 데 사용됩니다.

• PN 접점 형성다이오드, MOSFET, 그리고 양극 구조에 사용되기도 합니다.

• 가장자리 끝 구조융합 종료 연장 (JTE) 및 필드 제한 링 (FLR) 과 같이 전기 필드 분포를 안정화하고 고장 전압을 높이기 위해 설계되었습니다.

• 고도로 도핑된 오름 접촉 영역의 형성금속 전극과 반도체 사이의 접촉 저항을 줄이기 위해

이 기능은 고효율의 고전압 SiC 장치 작동을 가능하게 하는 데 필수적입니다.

1.2 고온 및 고주파 전자제품

600 °C 이상의 온도에서 결정의 안정성을 유지할 수 있기 때문에 SiC는 항공 우주 전자제품, 깊은 우물 굴착 센서 및 MESFET와 같은 고주파 장치에서 사용됩니다.

디퓨전 도핑 지원:

• 채널 전도성의 제어 조정

• 운반자 농도 프로파일 최적화

• 고주파 성능 메트릭의 향상

1.3 광학 및 광전자 장치

분산으로 도입되는 Al 및 N와 같은 특정 도판트는 광소 중심지를 형성하거나 광학 흡수 특성을 조정하여 다음과 같은 분야에서 응용 할 수 있습니다.

• UV LED

• 자외선 광탐지장

• 방사능에 민감한 장치

2실리콘과 비교하여 SiC 확산의 특징

SiC의 확산 행동은 강한 공동 결합과 결정적 딱딱성으로 인해 실리콘과 크게 다릅니다.

2.1 매우 높은 처리 온도

전형적인 확산 온도:

• 시:800~1200 °C

• SiC: 1600~2000 °C

Si·C 결합은 Si·Si 결합보다 훨씬 높은 결합 에너지를 가지고 있으며, 원자 운동을 활성화하기 위해 고온이 필요합니다.이 점 은 극심 한 온도 에 장기간 노출 될 수 있는 특수 용기 설계 와 불소속 물질 을 요구 한다.

2.2 낮은 도펜트 확산성

도판트 원자는 제한된 빈자 마이그레이션과 강한 격자 무결성으로 인해 SiC에서 매우 느린 확산 속도를 나타냅니다. 결과적으로:

• 분산 깊이는 얇습니다.

• 처리 시간이 길고,

• 이 과정은 온도 변동에 매우 민감합니다.

2.3 마스킹 및 패턴화 문제

전통적인 SiO2 마스크는 높은 온도에서 분해되며 신뢰할 수있는 도판트 차단 기능을 제공 할 수 없습니다. SiC 확산은 일반적으로 다음을 요구합니다.

• 그래피트 마스크

• 금속 필름

• 특화된 고온 저항성 코팅

2.4 도판트 활성화 효율이 낮다

확산 후에도, 도판트는 간간 위치에서 남아있는 경향이 있으며 후속 고온 소화로 활성화되어야합니다. 활성화 속도는 일반적으로 실리콘보다 낮습니다.그 결과:

• 자유 운반자 농도가 감소합니다.

• 더 높은 변동성,

• 결함 밀도에 대한 더 큰 의존성

3전형적 인 도판트 종 및 그 기능

도판트의 선택은 원하는 전기적 특성, 확산 행동 및 장치 구조 요구 사항에 의해 결정됩니다.

4. SiC 확산의 엔지니어링 과제

유용함에도 불구하고, SiC에서의 확산은 몇 가지 주목할만한 과제를 제시합니다.

4.1 프로세스 제어 및 크리스탈 무결성

초고온은 격자 손상이나 표면 거칠성을 유발할 수 있습니다.

• 온도 프로파일

• 열등감,

• 대기 순수성

재료의 품질을 유지하기 위해 필요합니다.

4.2 미세한 패턴을 만드는 데 제한적인 능력

낮은 확산성으로 인해 실리콘 CMOS에서 일반적으로 수행되는 지역적이고 매우 정확한 도핑 프로파일을 달성하는 것은 SiC에서 어렵습니다.이 제한은 일반적인 제조보다는 특정 장치 아키텍처에 확산을 제한합니다..

4.3 높은 장비 및 운영 비용

장기간 고온 가공은 다음과 같은 결과를 초래합니다.

• 더 많은 에너지 소비,

• 장비의 마모가 증가합니다.

• 실리콘 확산에 비해 생산 비용이 더 높습니다.

5. SiC 확산 기술의 현재 상태와 미래 추세

5.1 산업적 채택

대량 생산에서는이온 이식과 고온 고열화정확성과 확장성 때문에 지배적인 도핑 방법이 되었습니다.
그러나 확산은 다음과 같은 경우에 여전히 중요합니다.

• 심층 연결 장치,

• 특정 양극성 구조,

• 실험용 고전압 부품

5.2 연구 방향

현재 연구개발은 다음과 같은 방법으로 확산의 한계를 극복하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

• 레이저 보조 또는 플라즈마 보조로 낮은 온도 확산,

• 강화 된 도판트 활성화 기술,

• 빈 공간의 농도를 높이기 위한 표면 변경,

• 디프루션과 인시투 인피타시얼 도핑을 결합하는 시너지 과정.

이 개발은 손상 감축과 열 요구 사항을 줄이는 동시에 증여 물질 통합 효율성을 향상시키는 것을 목표로합니다.

6결론

SiC의 확산 도핑은 전력 반도체 제조에서 복잡하지만 필수적인 기술입니다.분산은 특정 고전압 및 전문 장치 구조에서 여전히 중요합니다.그 독특한 도전은 높은 온도, 제한된 확산성 및 활성화 어려움은 매우 견고한 재료로서 SiC의 본질적인 물리적 특성을 반영합니다.

SiC 장치가 더 높은 전력 밀도, 향상된 신뢰성, 그리고 더 까다로운 운영 환경을 향해 계속 발전함에 따라,전파 과정은 산업 및 연구 환경에서 귀중한 도구로 남아있을 것입니다., 다른 도핑 방법론을 보완하고 SiC 반도체 기술의 지속적인 발전에 기여합니다.