SiC-on-Isolator SiCOI Substratos de alta conductividad térmica con amplia banda

- ¿ Qué es?

Las películas delgadas de carburo de silicio en aislante (SiCOI) son materiales compuestos innovadores, fabricados típicamente mediante el depósito de una capa delgada de carburo de silicio (SiC) de alta calidad de cristal único (500~600 nm,dependiendo de las aplicaciones específicas) sobre un sustrato de dióxido de silicio (SiO2)El SiC es conocido por su excepcional conductividad térmica, alto voltaje de descomposición y excelente resistencia química.Este material puede satisfacer simultáneamente los requisitos exigentes de alta potencia, aplicaciones de alta frecuencia y de alta temperatura.
                                                               

Principio

La fabricación de películas delgadas de SiCOI se puede lograr utilizando procesos compatibles con CMOS, como el corte y unión iónica, lo que permite una integración perfecta con los circuitos electrónicos existentes.

Proceso de corte de iones
Uno de los procesos se basa en el corte iónico (Smart Cut) y la transferencia de capas de SiC, seguido de la unión de obleas.Esta técnica se ha aplicado a la producción a gran escala de obleas de silicio en aislante (SOI).Sin embargo, en las aplicaciones de SiC, la implantación de iones puede introducir daños que no pueden recuperarse mediante recocido térmico, lo que resulta en pérdidas excesivas en las estructuras fotónicas.el recocido térmico a altas temperaturas superior a 1000°C no siempre es compatible con determinados requisitos de proceso.

 
Para resolver estos problemas, se pueden utilizar técnicas de rectificación y pulido mecánico químico (CMP) para adelgazar directamente la pila de SiC/SiO2 - Si unida a < 1 μm, logrando una superficie lisa.Se puede lograr un adelgazamiento adicional mediante el grabado iónico reactivo (RIE)Además, se ha demostrado que el CMP asistido por la oxidación húmeda reduce eficazmente la rugosidad de la superficie y las pérdidas de dispersión,Mientras que el recocido a alta temperatura puede optimizar aún más la calidad de las obleas.
                                                                 

Tecnología de unión de obleas
Otro método de preparación es la tecnología de unión de obleas,que consiste en aplicar presión entre las obleas de carburo de silicio (SiC) y de silicio (Si) y utilizar las capas de oxidación térmica de las dos obleas para la uniónSin embargo, la capa de oxidación térmica de SiC puede causar defectos locales en la interfaz SiC-óxido. Estos defectos pueden conducir a un aumento de la pérdida óptica o la formación de trampas de carga.Además, la capa de dióxido de silicio en SiC se prepara generalmente por deposición de vapor químico mejorado por plasma (PECVD), y este proceso también puede provocar ciertos problemas estructurales.

 
Para superar los desafíos anteriores, se ha propuesto un nuevo proceso de fabricación de chips 3C - SiCOI que adopta un proceso de unión anódica combinado con vidrio borosilicato,así preservando todas las funciones de la micromecanización/CMOS y la fotónica SiC del silicioAdemás, el SiC amorfo también se puede depositar directamente en la oblea SiO2/Si por PECVD o pulverización, logrando así una integración de proceso simplificada.Todos estos métodos son totalmente compatibles con los procesos CMOS, promoviendo aún más la aplicación de SiCOI en el campo de la fotónica.
                                                                                 

Ventajas
En comparación con las plataformas de materiales existentes de aislante de silicio en funcionamiento (SOI), nitruro de silicio (SiN) y niobato de litio en funcionamiento (LNOI),La plataforma de materiales SiCOI demuestra ventajas significativas en aplicaciones ópticas y está emergiendo como la plataforma de materiales de próxima generación para la tecnología cuánticaLas ventajas específicas son las siguientes:

• Presenta una excelente transparencia en el rango de longitudes de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 5000 nm y logra un rendimiento excepcional con una pérdida de guía de onda inferior a 1 dB/cm.
• Soporta múltiples funciones como la modulación electro óptica, el cambio térmico y la sintonización de frecuencia.
• Muestra la generación de segundo armónico y otras características ópticas no lineales y puede servir como una plataforma de fuente de fotón único basada en centros de color.

 
- ¿ Qué?Aplicaciones

Además, SiCOI combina las ventajas del carburo de silicio (SiC) en alta conductividad térmica y alto voltaje de ruptura con las buenas propiedades de aislamiento eléctrico de los aislantes,y mejora las propiedades ópticas de la oblea original de SiCEs ampliamente utilizado en campos de alta tecnología como la fotónica integrada, la óptica cuántica y los dispositivos de energía.Los investigadores han desarrollado una gran cantidad de componentes fotónicos de alta calidad, incluidas las guías de ondas lineales, los resonadores de microanillo, las guías de ondas de cristal fotónico, los resonadores de microdiscos, los moduladores electroópticos, los interferómetros Mach - Zehnder (MZI) y los divisores de haz.Estos componentes cuentan con bajas pérdidas y alto rendimiento, proporcionando una base técnica sólida para la comunicación cuántica, la computación fotónica y los dispositivos de energía de alta frecuencia.
 
 
Las películas delgadas de carburo de silicio en aislante (SiCOI) son materiales compuestos innovadores, fabricados típicamente mediante el depósito de una capa delgada de carburo de silicio (SiC) de alta calidad de cristal único (500~600 nm,dependiendo de las aplicaciones específicas) sobre un sustrato de dióxido de silicio (SiO2)El SiC es conocido por su excepcional conductividad térmica, alto voltaje de descomposición y excelente resistencia química.Este material puede satisfacer simultáneamente los requisitos exigentes de alta potencia, aplicaciones de alta frecuencia y de alta temperatura.
 
                                                      
 

Pregunta y respuesta

P1: ¿Cuál es la diferencia entre SICOI y los dispositivos tradicionales SiC-on-Si?
A:El sustrato aislante de SICOI (por ejemplo, Al2O3) elimina la capacitancia parasitaria y las corrientes de fuga de los sustratos de silicio, evitando los defectos causados por el desajuste de la red.Esto da como resultado una fiabilidad superior del dispositivo y un rendimiento de frecuencia.
 
P2: ¿Puede proporcionar un caso de aplicación típico de SICOI en la electrónica automotriz?
- ¿ Qué?A:Los inversores Tesla Model 3 utilizan MOSFETs SiC. Los futuros dispositivos basados en SICOI podrían mejorar aún más la densidad de energía y los rangos de temperatura de operación.
 
P3: ¿Cuáles son las ventajas de SICOI en comparación con SOI (silicon-on-insulator)?
- ¿ Qué?A:

• - ¿ Qué?Rendimiento del material:El amplio intervalo de banda de SICOI permite el funcionamiento a una mayor potencia y temperaturas, mientras que el SOI está limitado por los efectos del portador caliente.
• Rendimiento óptico:SICOI logra pérdidas de guía de onda de < 1 dB/cm, significativamente más bajas que las ~ 3 dB/cm de SOI, lo que lo hace adecuado para fotónica de alta frecuencia.
• - ¿ Qué?Expansión funcional:SICOI admite óptica no lineal (por ejemplo, segunda generación armónica), mientras que SOI se basa principalmente en efectos ópticos lineales.

 
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