SiC-Wafersubstrat
Wide-Bandgap-SiC-Substrate für EV-Traktionswechselrichter, 5G-Basisstationen und industrielle Stromversorgungen. 4H-SiC und 6H-SiC, N-Typ und SI, 150-200mm.
Übersicht
Siliziumkarbid (SiC) hat sich als führendes Wide-Bandgap-Halbleitersubstrat etabliert. Mit einer Bandlücke von 3,26 eV (4H-SiC) — fast dem 3-fachen von Silizium — und einem kritischen Feld von 2,8 MV/cm ermöglicht SiC Bauelemente mit höheren Sperrspannungen und Betriebstemperaturen >200°C. Die Branche stellt auf 200-mm (8-Zoll) SiC-Substrate um. GINECHIP liefert 150-mm und 200-mm 4H-SiC- und 6H-SiC-Substrate.
GINECHIP bezieht 4H-SiC- und 6H-SiC-Substrate von führenden PVT-Kristallzüchtern. Unsere 200-mm-SiC-Wafer sind CMP-fertig mit Epi-Ready-Qualität (Ra < 0,2 nm). Wir bieten N-Typ (Stickstoff, 0,015–0,030 Ω·cm) und halbisolierend (Vanadium, > 1×10⁶ Ω·cm). Jedes Los mit umfassenden Messdaten.
Materialeigenschaften — SiC vs. Silizium
| Property | 4H-SiC | 6H-SiC | Silicon (Si) |
|---|---|---|---|
| Bandgap (eV) | 3.26 | 3.02 | 1.12 |
| Critical Field (MV/cm) | 2.8 | 2.5 | 0.3 |
| Electron Mobility (cm²/V·s) ⊥ c | 1,000 | 400 | 1,400 |
| Hole Mobility (cm²/V·s) | 115 | 90 | 450 |
| Thermal Conductivity (W/cm·K) | 4.9 | 4.9 | 1.5 |
| Saturated Drift Velocity (×10⁷ cm/s) | 2.0 | 2.0 | 1.0 |
| Melting Point (°C) | 2,730 (sublimes) | 2,730 (sublimes) | 1,415 |
| Baliga FOM (normalized to Si) | 340 | 200 | 1 |
4H-SiC ist der dominierende Polytyp für Leistungsbauelemente. Baliga FOM = ε·μ·Ec³.
Kristallzucht & Substratverarbeitung
Anders als Silizium wird SiC mittels PVT (Physical Vapor Transport) bei >2.200°C in Argon gezüchtet. GINECHIP arbeitet mit Kristallzüchtern, die alle kritischen Prozessschritte beherrschen:
PVT-Volumenkristallzucht
SiC-Pulver sublimiert bei 2.200–2.500°C und kondensiert auf einem Keimkristall. 4H-SiC-Stabilisierung erfordert präzise Kontrolle von Temperaturgradient, Druck und Keimorientierung.
Wafering & Oberflächenvorbereitung
Boules werden mit Diamantdraht gesägt und durch Läppen, Schleifen und CMP auf Ra < 0,2 nm poliert.
Homoepitaktisches Schichtwachstum
GINECHIP liefert Blank-Substrate; Partner bieten CVD-Homoepitaxie von N-Typ 4H-SiC (5–15 μm).
Technische Spezifikationen
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Diameter | 150mm (6″), 200mm (8″) |
| Polytype | 4H-SiC, 6H-SiC |
| Dopant / Type | N-type (Nitrogen), Semi-insulating (Vanadium), V-doped SI |
| Resistivity | N-type: 0.015–0.030 Ω·cm; SI: > 1×10⁶ Ω·cm |
| Orientation | 4° off-axis toward 〈11-20〉 (4H-SiC standard) |
| Thickness | 350μm, 500μm (standard); custom thicknesses available |
| Grade | Prime (production), Test (monitor), Research-grade |
| Polish | CMP-finished, epi-ready surface; Ra < 0.2nm |
| Micropipe Density | ≤ 0.5/cm² (production); ≤ 0.1/cm² (automotive-grade) |
| BPD Density | ≤ 500/cm² (post-epi conversion to TED) |
| TTV / Bow / Warp | TTV < 5μm, Bow < 25μm, Warp < 35μm |
| Surface Defects | Scratch-free, pit-free; particle < 20 adds @ 0.2μm |
Qualitätsspezifikationen & Prüfmethoden
| Parameter | Spezifikation | Prüfmethode |
|---|---|---|
| Mikropipe-Dichte | ≤ 0.5/cm² (≤ 0.1/cm² automotive) | KLA Candela / Laser scanning |
| BPD-Dichte / TED-Konversion | ≤ 500/cm² → TED conversion | KOH etch-pit + Nomarski microscopy |
| Widerstandsgleichmäßigkeit | 15–30 mΩ·cm (N-type); > 1E6 Ω·cm (SI) | Eddy current / 4-point probe |
| Oberflächenrauheit (Ra) | Ra < 0.2nm (epi-ready) | AFM (10μm × 10μm scan) |
| Gesamtdickenvariation (TTV) | < 5μm | Capacitance gauge scanning |
| Bow / Warp | Bow < 25μm, Warp < 35μm | Optical profilometry / Tencor FLX |
| Kristallqualität (XRD FWHM) | FWHM < 50 arcsec (0004 reflection) | High-resolution XRD rocking curve |
| Partikelzahl | ≤ 20 adds @ 0.2μm | KLA-Tencor Surfscan / SiC-specific SPx |
Alle Messungen im ISO-Klasse-5-Reinraum. Vollständiger Messbericht mit jedem Los. Automotive: zusätzliches AEC-Q101-Screening.
Anwendungen
800V SiC MOSFET-based traction inverters deliver 5–10% range extension vs. silicon IGBTs. Automotive-grade 200mm 4H-SiC substrates with micropipe density < 0.1/cm² for AEC-Q101 qualified devices.
SiC MOSFET and SBD modules in 30kW–350kW DC fast-charging stacks achieve > 97% efficiency. High-voltage blocking to 3.3kV on 4H-SiC for next-generation ultra-fast chargers.
SiC-based variable frequency drives reduce motor drive footprint by 40–60% while improving efficiency by 2–5%. Integrated SiC power modules on 200mm substrates for cost-effective scaling.
SiC MOSFETs in PV string inverters (5–50kW) and energy storage bidirectional converters. 4H-SiC substrates with proven reliability for 25-year field lifetimes in solar installations.
Semi-insulating 4H-SiC substrates for GaN-on-SiC HEMT RF power amplifiers. Thermal conductivity of 4.9 W/cm·K enables high-power-density 5G base station PAs and radar systems.
4H-SiC wide bandgap (3.26 eV) enables device operation at junction temperatures exceeding 200°C. Downhole drilling, aerospace engine sensors, and nuclear instrumentation.
Der 200-mm-Übergang — Warum 8-Zoll-SiC wichtig ist
Die SiC-Industrie wechselt von 150mm auf 200mm (8 Zoll). Der Wechsel bringt ~1,8× mehr Dies pro Wafer. Große Hersteller (Wolfspeed, ST, ON Semi, Infineon) starten 200-mm-SiC. GINECHIP unterstützt diesen Übergang.
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