ដូចដែលយើងដឹងហើយថានៅក្នុងវិស័យ semiconductor ស៊ីលីកុនគ្រីស្តាល់តែមួយ (Si) គឺជាសម្ភារៈមូលដ្ឋានដែលប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយបំផុត និងមានបរិមាណធំបំផុតនៅក្នុងពិភពលោក។ បច្ចុប្បន្ននេះជាង 90% នៃផលិតផល semiconductor ត្រូវបានផលិតដោយប្រើប្រាស់វត្ថុធាតុដើមដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃតម្រូវការសម្រាប់ឧបករណ៍ថាមពលខ្ពស់ និងវ៉ុលខ្ពស់នៅក្នុងវិស័យថាមពលទំនើប តម្រូវការដ៏តឹងរ៉ឹងបន្ថែមទៀតត្រូវបានដាក់ទៅមុខសម្រាប់ប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ៗនៃសម្ភារៈ semiconductor ដូចជាទទឹង bandgap ការបំបែកកម្លាំងវាលអគ្គិសនី អត្រាតិត្ថិភាពនៃអេឡិចត្រុង និងចរន្តកំដៅ។ នៅក្រោមកាលៈទេសៈនេះ សមា្ភារៈ semiconductor bandgap ធំទូលាយតំណាងដោយស៊ីលីកុនកាបូន(SiC) បានលេចចេញជាសេចក្តីស្រឡាញ់នៃកម្មវិធីដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់។
ក្នុងនាមជាសមាសធាតុ semiconductor,ស៊ីលីកុនកាបូនគឺកម្រមានណាស់នៅក្នុងធម្មជាតិ ហើយលេចឡើងក្នុងទម្រង់នៃសារធាតុរ៉ែ moissanite ។ បច្ចុប្បន្ននេះ ស្ទើរតែទាំងអស់នៃស៊ីលីកុន carbide ដែលលក់ក្នុងពិភពលោក ត្រូវបានសំយោគដោយសិប្បនិម្មិត។ Silicon carbide មានគុណសម្បត្តិនៃភាពរឹងខ្ពស់ ចរន្តកំដៅខ្ពស់ ស្ថេរភាពកម្ដៅល្អ និងវាលអគ្គិសនីដែលបំបែកយ៉ាងខ្លាំង។ វាជាសម្ភារៈដ៏ល្អសម្រាប់ផលិតឧបករណ៍ semiconductor វ៉ុលខ្ពស់ និងថាមពលខ្ពស់។
ដូច្នេះតើឧបករណ៍ semiconductor ថាមពលស៊ីលីកុនកាបូនត្រូវបានផលិតយ៉ាងដូចម្តេច?
តើអ្វីជាភាពខុសគ្នារវាងដំណើរការផលិតឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបូន និងដំណើរការផលិតដែលប្រើស៊ីលីកុនប្រពៃណី? ចាប់ផ្តើមពីបញ្ហានេះ "រឿងឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបូនការផលិត” នឹងបង្ហាញអាថ៌កំបាំងម្តងមួយៗ។
I
ដំណើរការនៃដំណើរការផលិតឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបូន
ដំណើរការផលិតឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបូន ជាទូទៅស្រដៀងទៅនឹងឧបករណ៍ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ភាគច្រើនរួមមានការថតរូប ការសម្អាត សារធាតុពុល ការឆ្លាក់ ការបង្កើតខ្សែភាពយន្ត ការស្តើង និងដំណើរការផ្សេងៗទៀត។ ក្រុមហ៊ុនផលិតឧបករណ៍ថាមពលជាច្រើនអាចបំពេញតម្រូវការផលិតឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបូនដោយធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវខ្សែផលិតកម្មរបស់ពួកគេដោយផ្អែកលើដំណើរការផលិតដែលផ្អែកលើស៊ីលីកុន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយលក្ខណៈសម្បត្តិពិសេសនៃសមា្ភារៈស៊ីលីកុន carbide កំណត់ថាដំណើរការមួយចំនួននៅក្នុងការផលិតឧបករណ៍របស់វាត្រូវពឹងផ្អែកលើឧបករណ៍ជាក់លាក់សម្រាប់ការអភិវឌ្ឍន៍ពិសេសដើម្បីឱ្យឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបូនអាចទប់ទល់នឹងវ៉ុលខ្ពស់និងចរន្តខ្ពស់។
II
ការណែនាំអំពីម៉ូឌុលដំណើរការពិសេសនៃស៊ីលីកុនកាបោន
ម៉ូឌុលដំណើរការពិសេសរបស់ស៊ីលីកុនកាបូន ភាគច្រើនគ្របដណ្តប់លើការចាក់ថ្នាំ ការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធច្រកទ្វារ ការឆ្លាក់រូបវិទ្យា ការលោហធាតុ និងដំណើរការស្តើង។
(1) ការចាក់ថ្នាំចាក់៖ ដោយសារថាមពលកាបូន-ស៊ីលីកុនខ្ពស់នៅក្នុងស៊ីលីកុនកាបូន អាតូមមិនបរិសុទ្ធពិបាកនឹងសាយភាយនៅក្នុងស៊ីលីកុនកាបូន។ នៅពេលរៀបចំឧបករណ៍ស៊ីលីកុន កាបូអ៊ីដ សារធាតុ doping នៃប្រសព្វ PN អាចសម្រេចបានតែដោយការផ្សាំអ៊ីយ៉ុងនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
Doping ជាធម្មតាត្រូវបានធ្វើដោយអ៊ីយ៉ុងមិនបរិសុទ្ធដូចជា boron និង phosphorus ហើយជាធម្មតាជម្រៅ doping គឺ 0.1μm ~ 3μm។ ការផ្សាំអ៊ីយ៉ុងដែលមានថាមពលខ្ពស់នឹងបំផ្លាញរចនាសម្ព័ន្ធបន្ទះឈើនៃសម្ភារៈស៊ីលីកុនកាបូនដោយខ្លួនឯង។ ការ annealing សីតុណ្ហភាពខ្ពស់គឺត្រូវបានទាមទារដើម្បីជួសជុលការខូចខាតបន្ទះឈើដែលបណ្តាលមកពីការផ្សាំអ៊ីយ៉ុងនិងគ្រប់គ្រងឥទ្ធិពលនៃការ annealing លើផ្ទៃរដុប។ ដំណើរការស្នូលគឺការផ្សាំអ៊ីយ៉ុងដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងការបញ្ចូលសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
រូបភាពទី 1 ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃការផ្សាំអ៊ីយ៉ុង និងឥទ្ធិពលកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់
(2) ការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធច្រកទ្វារ៖ គុណភាពនៃចំណុចប្រទាក់ SiC/SiO2 មានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងលើការផ្លាស់ប្តូរឆានែល និងភាពជឿជាក់នៃច្រកទ្វាររបស់ MOSFET ។ វាចាំបាច់ក្នុងការបង្កើតដំណើរការអុកស៊ីតកម្មច្រកទ្វារជាក់លាក់ និងដំណើរការបន្ទោរបង់ក្រោយអុកស៊ីតកម្ម ដើម្បីទូទាត់សងសម្រាប់ចំណង dangling នៅចំណុចប្រទាក់ SiC/SiO2 ជាមួយនឹងអាតូមពិសេស (ដូចជាអាតូមអាសូត) ដើម្បីបំពេញតាមតម្រូវការដំណើរការនៃចំណុចប្រទាក់ SiC/SiO2 ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងកម្រិតខ្ពស់។ ការផ្លាស់ប្តូរឧបករណ៍។ ដំណើរការស្នូលគឺការកត់សុីសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ច្រកទ្វារអុកស៊ីតកម្ម LPCVD និង PECVD ។
រូបភាពទី 2 ដ្យាក្រាមគំនូសតាងនៃស្រទាប់អុកស៊ីតកម្មធម្មតា និងការកត់សុីនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
(3) Morphology etching: Silicon carbide materials is inert in chemical solvents, and precisely morphology control can be achieved only through dry etching method; សមា្ភារៈរបាំង, ការជ្រើសរើសរបាំងមុខ, ឧស្ម័នចម្រុះ, ការត្រួតពិនិត្យជញ្ជាំងចំហៀង, អត្រា etching, sidewall roughness, ល. ចាំបាច់ត្រូវបង្កើតដោយយោងទៅតាមលក្ខណៈនៃសមា្ភារៈស៊ីលីកុន carbide ។ ដំណើរការស្នូលគឺការទម្លាក់ខ្សែភាពយន្តស្តើង ដំណើរការ photolithography ការ corrosion ខ្សែភាពយន្ត dielectric និងដំណើរការ etching ស្ងួត។
រូបភាពទី 3 ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃដំណើរការ etching ស៊ីលីកុនកាបៃ
(4) Metallization: អេឡិចត្រូតប្រភពនៃឧបករណ៍តម្រូវឱ្យលោហៈដើម្បីបង្កើតទំនាក់ទំនង ohmic ធន់ទ្រាំទាបដ៏ល្អជាមួយ silicon carbide ។ នេះមិនត្រឹមតែតម្រូវឱ្យធ្វើនិយតកម្មដំណើរការរលាយលោហៈ និងគ្រប់គ្រងស្ថានភាពចំណុចប្រទាក់នៃទំនាក់ទំនងលោហៈ- semiconductor ប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏ទាមទារឱ្យមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ផងដែរ ដើម្បីកាត់បន្ថយកម្ពស់របាំង Schottky និងសម្រេចបាននូវទំនាក់ទំនងលោហៈ-ស៊ីលីកុនកាបូនអ៊ីដ្រាត។ ដំណើរការស្នូលគឺការស្រោបមេដែកដែក ការរំហួតនៃធ្នឹមអេឡិចត្រុង និងការបំភាយកម្ដៅយ៉ាងលឿន។
រូបភាពទី 4 ដ្យាក្រាមគំនូសតាងនៃគោលការណ៍ស្ពែម៉ាញេទិក និងឥទ្ធិពលលោហធាតុ
(5) ដំណើរការស្តើង៖ សម្ភារៈ Silicon carbide មានលក្ខណៈនៃភាពរឹងខ្ពស់ ភាពផុយស្រួយខ្ពស់ និងភាពធន់នៃការបាក់ឆ្អឹងទាប។ ដំណើរការកិនរបស់វាងាយនឹងបង្កឱ្យមានការប្រេះស្រាំនៃសម្ភារៈ ដែលបណ្តាលឱ្យខូចខាតដល់ផ្ទៃ wafer និងផ្ទៃរង។ ដំណើរការកិនថ្មីចាំបាច់ត្រូវបង្កើតដើម្បីបំពេញតម្រូវការផលិតឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបូន។ ដំណើរការស្នូលគឺការកិនឌីសស្តើង ការស្អិតខ្សែភាពយន្ត និងរបក។ល។
រូបភាពទី 5 ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃគោលការណ៍កិន/ស្តើងរបស់ wafer
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២២ ខែតុលា ឆ្នាំ ២០២៤