Plaquette épitaxiale SiC 6 pouces ultra-haute tension 100–500 µm pour dispositifs MOSFET

Plaquette épitaxiale SiC ultra-haute tension de 6 pouces 100–500 μm pour dispositifs MOSFET

Ce produit est une couche épitaxiale en carbure de silicium (SiC) de haute pureté et à faible défaut, d'une épaisseur comprise entre 100 et 500 μm, cultivée sur un substrat conducteur 4H-SiC de type N de 6 pouces grâce à la technologie de dépôt chimique en phase vapeur à haute température (HT-CVD).

Son objectif principal est de répondre aux exigences de fabrication des transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) en carbure de silicium (SiC) à ultra-haute tension (généralement ≥10 kV). Les dispositifs à ultra-haute tension imposent des exigences extrêmement strictes en matière de qualité des matériaux épitaxiaux, telles que l'épaisseur, l'uniformité du dopage et le contrôle des défauts. Cette plaquette épitaxiale représente une solution matérielle haut de gamme développée pour relever ces défis.

Données clés de la plaquette épitaxiale SiC de 6 pouces

Principales caractéristiques de la plaquette épitaxiale SiC de 6 pouces

Pour répondre aux applications à ultra-haute tension, cette plaquette épitaxiale doit posséder les caractéristiques principales suivantes :

1. Couche épitaxiale ultra-épaisse

• Raison : Selon les principes de la physique des dispositifs, la tension de blocage (BV) d'un MOSFET est principalement déterminée par l'épaisseur et la concentration de dopage de la couche épitaxiale. Pour résister à des tensions de 10 kV ou plus, la couche épitaxiale doit être suffisamment épaisse (généralement, chaque 100 μm d'épaisseur supporte environ 10 kV de tension de blocage) pour se dépeupler et établir un champ électrique, empêchant ainsi la panne.
• Caractéristique : La plage d'épaisseur de 100–500 μm fournit la base pour la conception de dispositifs MOSFET avec des tensions nominales de 15 kV et au-delà.

2. Contrôle du dopage exceptionnellement précis

• Raison : La concentration de dopage (généralement à l'aide d'azote) de la couche épitaxiale affecte directement la résistance à l'état passant (Rds(on)) et la tension de claquage du dispositif. Une concentration excessive réduit la tension de claquage, tandis qu'une concentration insuffisante augmente la résistance à l'état passant.
• Caractéristique : Une uniformité de dopage extrêmement élevée (au sein de la plaquette, de plaquette à plaquette et de lot à lot) doit être maintenue tout au long du processus de croissance du film épais pour garantir des paramètres de dispositif constants et un rendement élevé.

3. Densité de défauts extrêmement faible

• Raison : Les défauts dans la couche épitaxiale (par exemple, défauts triangulaires, défauts en forme de carotte, dislocations du plan basal (BPD)) peuvent agir comme des points de concentration de champ électrique ou des centres de recombinaison de porteurs, entraînant une panne prématurée, une augmentation du courant de fuite ou une fiabilité réduite sous haute tension.
• Caractéristique : Grâce à des processus de croissance optimisés, la conversion des dislocations du plan basal (BPD) est efficacement contrôlée et les défauts de surface fatals sont minimisés, assurant ainsi la stabilité et la longévité des dispositifs à ultra-haute tension.

4. Excellente morphologie de surface

• Raison : Une surface lisse est essentielle pour les processus ultérieurs de croissance d'oxyde de grille de haute qualité et de photolithographie. Toute rugosité ou défaut de surface peut compromettre l'intégrité de l'oxyde de grille, entraînant des tensions de seuil instables et des problèmes de fiabilité.
• Caractéristique : La surface est lisse, exempte d'accumulation d'étapes de croissance ou de défauts macroscopiques, offrant un point de départ idéal pour les étapes de processus critiques dans la fabrication de MOSFET à ultra-haute tension.

Principales applications de la plaquette épitaxiale SiC de 6 pouces

Le seul objectif de cette plaquette épitaxiale est de fabriquer des dispositifs MOSFET de puissance SiC à ultra-haute tension, principalement pour les applications d'infrastructure énergétique de nouvelle génération qui exigent un rendement, une densité de puissance et une fiabilité élevés :

① Réseau intelligent et transport d'énergie

• Systèmes de transmission à courant continu haute tension (CCHT) : Utilisés dans les transformateurs à semi-conducteurs (SST) et les disjoncteurs dans les vannes de convertisseur pour obtenir une distribution d'énergie et une isolation des défauts plus efficaces et plus flexibles.
• Systèmes de transmission CA flexibles (FACTS) : Utilisés dans des dispositifs tels que les compensateurs synchrones statiques (STATCOM) pour améliorer la stabilité du réseau et la qualité de l'énergie.

② Entraînements industriels et conversion d'énergie à grande échelle

• Convertisseurs de fréquence et entraînements de moteurs à ultra-haute tension : Utilisés dans les grands entraînements de moteurs pour les industries minières, métallurgiques et chimiques, éliminant le besoin de transformateurs à fréquence de ligne volumineux et permettant une alimentation directe en moyenne tension, améliorant considérablement l'efficacité du système et la densité de puissance.
• Alimentations industrielles haute puissance : Les exemples incluent le chauffage par induction et les machines à souder.

③ Transport ferroviaire

• Convertisseurs de traction de locomotive : Utilisés dans les systèmes de traction ferroviaire à grande vitesse de nouvelle génération, capables de résister à des tensions de bus CC plus élevées, réduisant ainsi les pertes de transmission et améliorant l'efficacité du système.

④ Production d'énergie renouvelable et stockage d'énergie

• Postes d'onduleurs photovoltaïques à grande échelle et convertisseurs d'énergie éolienne : En particulier dans les scénarios connectés au réseau moyenne tension, les MOSFET SiC à ultra-haute tension peuvent simplifier l'architecture du système, réduire les étapes de conversion d'énergie et améliorer l'efficacité globale.
• Systèmes de conversion de puissance (PCS) pour les systèmes de stockage d'énergie (ESS) : Utilisés dans les systèmes de stockage d'énergie à l'échelle du réseau.

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1. Q : Quelle est la plage d'épaisseur typique pour les plaquettes épitaxiales SiC à ultra-haute tension de 6 pouces utilisées dans les MOSFET ?
     R : L'épaisseur typique varie de 100 à 500 μm pour supporter des tensions de blocage de 10 kV et plus.

2. Q : Pourquoi des couches épitaxiales SiC épaisses sont-elles nécessaires pour les applications MOSFET haute tension ?
     R : Des couches épitaxiales plus épaisses sont essentielles pour supporter des champs électriques élevés et empêcher la panne par avalanche dans des conditions de ultra-haute tension.

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