SiC – Siliziumkarbid

Siliziumkarbid wurde 1893 als industrielles Schleifmittel für Schleifscheiben und Autobremsen entdeckt. Etwa in der Mitte des 20. Jahrhunderts wurden SiC-Wafer immer häufiger auch in der LED-Technologie eingesetzt. Seitdem wurde es aufgrund seiner vorteilhaften physikalischen Eigenschaften in zahlreichen Halbleiteranwendungen eingesetzt. Diese Eigenschaften zeigen sich in den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten innerhalb und außerhalb der Halbleiterindustrie. Da das Mooresche Gesetz an seine Grenzen zu stoßen scheint, blicken viele Unternehmen der Halbleiterindustrie auf Siliziumkarbid als Halbleitermaterial der Zukunft. SiC kann aus mehreren Polytypen von SiC hergestellt werden, obwohl in der Halbleiterindustrie die meisten Substrate entweder aus 4H-SiC bestehen, wobei 6H- mit dem Wachstum des SiC-Marktes immer seltener wird. Bei 4H- und 6H-Siliziumkarbid steht das H für die Struktur des Kristallgitters. Die Zahl stellt die Stapelreihenfolge der Atome innerhalb der Kristallstruktur dar. Dies wird in der SVM-Fähigkeitstabelle unten beschrieben. Vorteile der Siliziumkarbid-Härte Die Verwendung von Siliziumkarbid bietet gegenüber traditionelleren Siliziumsubstraten zahlreiche Vorteile. Einer der großen Vorteile dieses Materials ist seine Härte. Dies verleiht dem Material zahlreiche Vorteile bei Hochgeschwindigkeits-, Hochtemperatur- und/oder Hochspannungsanwendungen. Siliziumkarbid-Wafer haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was bedeutet, dass sie Wärme gut von einem Punkt zum anderen übertragen können. Dies verbessert die elektrische Leitfähigkeit und letztendlich die Miniaturisierung, eines der gemeinsamen Ziele bei der Umstellung auf SiC-Wafer. Thermische Eigenschaften SiC-Substrate haben außerdem einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Unter Wärmeausdehnung versteht man den Betrag und die Richtung, in der sich ein Material beim Erhitzen oder Abkühlen ausdehnt oder zusammenzieht. Die häufigste Erklärung ist Eis, obwohl es sich anders verhält als die meisten Metalle: Es dehnt sich aus, wenn es abkühlt, und schrumpft, wenn es sich erwärmt. Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient von Siliziumkarbid bedeutet, dass es seine Größe oder Form beim Erhitzen oder Abkühlen nicht wesentlich ändert, was es perfekt für den Einbau in kleine Geräte und die Unterbringung mehrerer Transistoren auf einem einzigen Chip macht. Ein weiterer großer Vorteil dieser Substrate ist ihre hohe Thermoschockbeständigkeit. Dies bedeutet, dass sie die Temperatur schnell ändern können, ohne zu brechen oder zu reißen. Dies schafft einen klaren Vorteil bei der Herstellung von Geräten, da es sich um eine weitere Zähigkeitseigenschaft handelt, die die Lebensdauer und Leistung von Siliziumkarbid im Vergleich zu herkömmlichem Massensilizium verbessert. Zusätzlich zu seinen thermischen Eigenschaften ist es ein sehr haltbares Substrat und reagiert bei Temperaturen bis zu 800 °C nicht mit Säuren, Laugen oder geschmolzenen Salzen. Dies verleiht diesen Substraten Vielseitigkeit in ihren Anwendungen und unterstützt ihre Fähigkeit, in vielen Anwendungen Bulk-Silizium zu übertreffen. Seine Festigkeit bei hohen Temperaturen ermöglicht auch einen sicheren Betrieb bei Temperaturen über 1600 °C. Dies macht es zu einem geeigneten Substrat für nahezu jede Hochtemperaturanwendung.