ما هي عملية تصنيع أجهزة SIC؟

باعتباري أحد موردي أجهزة SIC منذ فترة طويلة، يسعدني جدًا أن أشارككم عملية تصنيع أجهزة SIC (كربيد السيليكون). أحدثت أجهزة SIC موجات في صناعة إلكترونيات الطاقة نظرًا لخصائص أدائها الفائقة، مثل جهد الانهيار العالي، والمقاومة المنخفضة، والتوصيل الحراري الممتاز مقارنة بالأجهزة التقليدية المعتمدة على السيليكون.

1. تحضير المواد الخام

الخطوة الأولى الحاسمة في تصنيع أجهزة SIC هي إعداد مواد خام SIC عالية الجودة. عادة ما تكون المادة الخام المستخدمة في أجهزة SIC عبارة عن رقائق SIC أحادية البلورة. يتم إنتاج هذه الرقائق من خلال عملية معقدة تعرف باسم نقل البخار الفيزيائي (PVT).

في عملية PVT، يتم وضع مسحوق كربيد السيليكون عالي النقاء في بوتقة الجرافيت. يتم بعد ذلك تسخين البوتقة إلى درجات حرارة عالية للغاية، عادة ما تكون أعلى من 2000 درجة مئوية، في جو غاز خامل (مثل الأرجون). في درجات الحرارة المرتفعة هذه، يتسامى مسحوق كربيد السيليكون، ويتكثف البخار على بلورة بذرة موضوعة في الطرف الأكثر برودة من البوتقة. مع مرور الوقت، تنمو سبيكة سيك أحادية البلورة على بلورة البذور.

تعد جودة سبيكة SIC أحادية البلورة ذات أهمية قصوى لأنها تؤثر بشكل مباشر على أداء أجهزة SIC النهائية. يجب التحكم بعناية في عوامل مثل العيوب البلورية والشوائب وبنية الشبكة أثناء عملية النمو. بعد أن تنمو السبيكة، يتم تقطيعها إلى شرائح رقيقة باستخدام منشار الماس. يتم بعد ذلك صقل هذه الرقائق للحصول على سطح أملس ومسطح، وهو أمر ضروري لعمليات تصنيع الأجهزة اللاحقة.

2. النمو الفوقي

بمجرد إعداد رقائق سيك، فإن الخطوة التالية هي النمو الفوقي. Epitaxy هي عملية يتم فيها زراعة طبقة رقيقة أحادية البلورة من Sic على سطح رقاقة Sic. تم تصميم هذه الطبقة الفوقي لتكون لها خصائص كهربائية محددة، مثل تركيز المنشطات وسمكها، والتي تعتبر ضرورية لأداء جهاز SIC النهائي.

يعد ترسيب البخار الكيميائي (CVD) الطريقة الأكثر استخدامًا للنمو الفوقي Sic. في عملية الأمراض القلبية الوعائية، يتم إدخال خليط من الغازات الأولية، مثل السيلان (SiH₄) والبروبان (C₃H₈)، إلى جانب غاز إشابة (مثل النيتروجين لتنشيط النوع n أو الألومنيوم لتنشيط النوع p)، في غرفة التفاعل. يتم تسخين الرقاقة إلى درجة حرارة عالية، عادة حوالي 1500 - 1600 درجة مئوية. تتحلل الغازات الأولية على سطح الرقاقة، ويتم دمج الذرات في الشبكة البلورية للرقاقة، لتشكل طبقة فوقية عالية الجودة.

التحكم في عملية النمو الفوقي دقيق للغاية. يجب تنظيم المعلمات مثل معدلات تدفق الغاز ودرجة الحرارة والضغط بعناية لضمان توحيد الطبقة الفوقي من حيث السماكة وتركيز المنشطات عبر الرقاقة.

3. عزل الجهاز

بعد النمو الفوقي، يتم إجراء عزل الجهاز. الغرض من عزل الجهاز هو عزل الأجهزة الفردية كهربائيًا على الرقاقة، مما يمنع التداخل الكهربائي بين الأجهزة المجاورة.

إحدى الطرق الشائعة لعزل الأجهزة في أجهزة SIC هي زرع الأيونات. في عملية زرع الأيونات، يتم تسريع الأيونات عالية الطاقة وزرعها في الطبقة الفوقية Sic في مواقع محددة. تخلق هذه الأيونات منطقة شديدة المقاومة في الطبقة الفوقية، مما يؤدي إلى عزل الأجهزة المجاورة بشكل فعال. يتم اختيار نوع وطاقة الأيونات، بالإضافة إلى جرعة الزرع وزاوية الزرع، بعناية لتحقيق أداء العزل المطلوب.

هناك طريقة أخرى لعزل الجهاز وهي عزل الخندق. في عزل الخندق، يتم حفر الخنادق العميقة في الطبقة الفوقية Sic باستخدام النقش الأيوني التفاعلي (RIE). يتم بعد ذلك ملء الخنادق بمادة عازلة، مثل ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)، لعزل الأجهزة كهربائيًا. يمكن أن يوفر عزل الخندق أداء عزل أفضل، خاصة لأجهزة SIC ذات الجهد العالي.

4. تكوين المصدر والصرف

تعد مناطق المصدر والصرف من المكونات الأساسية لوحدات SIC MOSFET والترانزستورات الأخرى. يتم تشكيل هذه المناطق من خلال مجموعة من عمليات زرع الأيونات والتليين.

بالنسبة لأجهزة SIC من النوع n، عادةً ما يتم زرع أيونات الفوسفور أو النيتروجين في الطبقة الفوقية لإنشاء مناطق المصدر والصرف. يتم ضبط طاقة الزرع والجرعة لتحقيق تركيز وعمق المنشطات المطلوبين. بعد زرع الأيونات، يتم تلدين الرقاقة عند درجة حرارة عالية، عادة ما تكون أعلى من 1600 درجة مئوية، لتنشيط الأيونات المزروعة وإصلاح الضرر البلوري الناجم عن عملية الزرع.

تعد عملية التلدين أمرًا بالغ الأهمية لأنها تؤثر على الخواص الكهربائية لمناطق المصدر والصرف، مثل المقاومة وتنقلية الموجة الحاملة. يمكن أن يؤدي التلدين المناسب أيضًا إلى تحسين الأداء العام والموثوقية لجهاز SIC.

5. بوابة تكوين الأكسيد

في SIC MOSFETs، تلعب طبقة أكسيد البوابة دورًا حاسمًا في التحكم في تدفق التيار بين المصدر والمصرف. يتكون أكسيد البوابة عادةً من الأكسدة الحرارية لسطح Sic.

تتضمن عملية الأكسدة الحرارية تسخين رقاقة سيك في جو يحتوي على الأكسجين عند درجة حرارة عالية. أثناء عملية الأكسدة، تتفاعل ذرات الأكسجين مع سطح سيك لتكوين طبقة ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂). ومع ذلك، فإن جودة واجهة SiO₂/Sic تمثل تحديًا كبيرًا في وحدات SIC MOSFETs. يمكن أن تؤدي العيوب في الواجهة إلى كثافة عالية لملاءمة الواجهة، مما قد يؤدي إلى انخفاض أداء الجهاز، مثل تقليل حركة القناة وزيادة جهد العتبة.

لتحسين جودة أكسيد البوابة والواجهة SiO₂/Sic، يتم استخدام العديد من المعالجات السطحية وتقنيات التحسين. على سبيل المثال، يمكن أن يساعد التلدين بالنيتروجين أو استخدام أكاسيد البوابة المعتمدة على النتريد في تقليل كثافة مصيدة الواجهة وتحسين أداء الجهاز.

6. المعدنة

المعدنة هي عملية ترسيب طبقات معدنية على الجهاز لتكوين اتصالات وتوصيلات كهربائية. في أجهزة SIC، عادة ما يتم ترسيب طبقات معدنية متعددة.

يتم ترسيب الطبقة المعدنية الأولى، والمعروفة باسم المعدن الملامس الأومي، على مناطق المصدر والصرف والبوابة لتكوين اتصال كهربائي منخفض المقاومة. تُستخدم المعادن مثل التيتانيوم (Ti)، والنيكل (Ni)، والألومنيوم (Al) بشكل شائع في الاتصالات الأومية. يتم ترسيب المعدن الملامس الأومي باستخدام طرق الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD)، مثل الرش أو التبخر. بعد ترسيب المعدن، يتم تلدين الرقاقة لتكوين اتصال أومي مستقر.

يتم ترسيب طبقات معدنية لاحقة فوق معدن التلامس الأومي لتكوين روابط بينية تربط أجزاء مختلفة من الجهاز. تم تصميم هذه الطبقات المعدنية باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية الضوئية والحفر لإنشاء تخطيط الدائرة المطلوب.

7. التغليف

بعد اكتمال عملية التصنيع على الرقاقة، يتم فصل أجهزة SIC الفردية عن الرقاقة باستخدام منشار التقطيع. يتم بعد ذلك تعبئة هذه الرقائق الفردية في عبوة مناسبة لحمايتها من البيئة وتوفير التوصيلات الكهربائية.

هناك أنواع مختلفة من الحزم المتاحة لأجهزة SIC، بما في ذلك الحزم المثبتة على السطح والحزم من خلال الفتحات. يعتمد اختيار الحزمة على متطلبات التطبيق، مثل تبديد الطاقة، ومعدل الجهد، والحجم المادي.

أثناء عملية التعبئة والتغليف، يتم ربط شريحة SIC بإطار الرصاص أو الركيزة باستخدام مادة لاصقة موصلة. يتم بعد ذلك استخدام أسلاك الربط لتوصيل وسادات الرقاقة بوصلات الحزمة. وأخيرًا، يتم تغليف العبوة بمركب قولبة لحماية الشريحة من الرطوبة والغبار والضغط الميكانيكي.

8. الاختبار ومراقبة الجودة

الخطوة الأخيرة في عملية تصنيع أجهزة SIC هي الاختبار ومراقبة الجودة. يتم اختبار كل جهاز SIC معبأ للتأكد من أنه يلبي متطلبات الأداء المحددة.

يتم إجراء الاختبارات الكهربائية لقياس المعلمات مثل جهد الانهيار، ومقاومة التشغيل، وجهد العتبة، وخصائص التبديل. كما يتم إجراء الاختبارات الحرارية لتقييم الأداء الحراري للجهاز، مثل درجة حرارة الوصلة والمقاومة الحرارية.

بناءً على نتائج الاختبار، يتم تصنيف أجهزة SIC إلى درجات مختلفة وفقًا لأدائها. يتم رفض الأجهزة التي لا تستوفي متطلبات المواصفات، مما يضمن شحن أجهزة SIC عالية الجودة فقط إلى العملاء.

طوال عملية التصنيع، يتم تنفيذ إجراءات صارمة لمراقبة الجودة لضمان موثوقية واتساق أجهزة SIC. يتضمن ذلك عمليات التفتيش أثناء العملية وتتبع المواد والتحكم في العمليات الإحصائية.

خاتمة

في الختام، فإن عملية تصنيع أجهزة SIC هي عملية معقدة ودقيقة للغاية وتتضمن خطوات متعددة، بدءًا من إعداد المواد الخام وحتى التعبئة والاختبار. تلتزم شركتنا، باعتبارها موردًا محترفًا لأجهزة SIC، باستخدام تقنيات التصنيع الأكثر تقدمًا وأنظمة مراقبة الجودة الصارمة لإنتاج أجهزة SIC عالية الجودة التي تلبي الاحتياجات المتنوعة لعملائنا.

نحن نقدم مجموعة واسعة من أجهزة SIC، بما في ذلكسيك شوتكي ديودوكذا موسفيت. إذا كنت مهتمًا بأجهزة SIC الخاصة بنا أو كانت لديك أي أسئلة حول تطبيقاتها وشرائها، فلا تتردد في الاتصال بنا. نحن نتطلع إلى مناقشة متطلباتك المحددة وتزويدك بأفضل الحلول.

مراجع

1. باليجا، بج (2005). أجهزة الطاقة كربيد السيليكون. العلمية العالمية.
2. كيموتو، T.، وكوبر، JA (محرران). (2014). كربيد السيليكون: المواد والمعالجة والأجهزة. وايلي - IEEE.
3. بالمور، جيه دبليو، وديفيس، آر إف (2000). كربيد السيليكون: مادة عجيبة لإلكترونيات الطاقة. معاملات IEEE على الأجهزة الإلكترونية، 47(3)، 417 - 431.