SiC – Siliziumkarbid

Siliziumkarbid wurde 1893 als industrielles Schleifmittel für Schleifscheiben und Kfz-Bremsen entdeckt. Etwa Mitte des 20. Jahrhunderts weitete sich der Einsatz von SiC-Wafern auf die LED-Technologie aus. Seitdem hat es sich aufgrund seiner vorteilhaften physikalischen Eigenschaften in zahlreichen Halbleiteranwendungen etabliert. Diese Eigenschaften zeigen sich in seinem breiten Anwendungsspektrum innerhalb und außerhalb der Halbleiterindustrie. Da das Mooresche Gesetz an seine Grenzen zu stoßen scheint, setzen viele Unternehmen der Halbleiterindustrie auf Siliziumkarbid als Halbleitermaterial der Zukunft. SiC kann aus verschiedenen Polytypen hergestellt werden, wobei in der Halbleiterindustrie die meisten Substrate aus 4H-SiC bestehen, während 6H-SiC mit dem Wachstum des SiC-Marktes immer seltener wird. Bei 4H- und 6H-Siliziumkarbid steht das „H“ für die Kristallgitterstruktur. Die Zahl gibt die Stapelfolge der Atome innerhalb der Kristallstruktur an, wie in der untenstehenden Grafik zu den SVM-Fähigkeiten beschrieben. Vorteile der Siliziumkarbid-Härte: Die Verwendung von Siliziumkarbid bietet gegenüber herkömmlichen Siliziumsubstraten zahlreiche Vorteile. Einer der größten Vorteile dieses Materials ist seine Härte. Dadurch ergeben sich zahlreiche Vorteile in Hochgeschwindigkeits-, Hochtemperatur- und/oder Hochspannungsanwendungen. Siliziumkarbid-Wafer besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit, d. h. sie leiten Wärme effizient von einem Punkt zum anderen. Dies verbessert die elektrische Leitfähigkeit und ermöglicht letztendlich die Miniaturisierung – eines der Hauptziele beim Umstieg auf SiC-Wafer. SiC-Substrate weisen zudem einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die Wärmeausdehnung beschreibt, wie stark und in welche Richtung sich ein Material beim Erhitzen oder Abkühlen ausdehnt oder zusammenzieht. Das bekannteste Beispiel ist Eis, obwohl es sich im Gegensatz zu den meisten Metallen dehnt sich beim Abkühlen aus und zieht sich beim Erhitzen zusammen. Dank seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten verändert Siliziumkarbid seine Größe und Form beim Erhitzen oder Abkühlen kaum. Dadurch eignet es sich ideal für kleine Bauelemente und ermöglicht die Integration einer höheren Anzahl von Transistoren auf einem einzigen Chip. Ein weiterer großer Vorteil dieser Substrate ist ihre hohe Temperaturwechselbeständigkeit. Sie können daher schnelle Temperaturwechsel ohne Bruch oder Rissbildung überstehen. Dies bietet einen klaren Vorteil bei der Geräteherstellung, da diese zusätzliche Robustheitseigenschaft die Lebensdauer und Leistung von Siliziumkarbid im Vergleich zu herkömmlichem Silizium verbessert. Neben seinen thermischen Eigenschaften ist es ein sehr widerstandsfähiges Substrat und reagiert bis zu einer Temperatur von 800 °C nicht mit Säuren, Laugen oder Salzschmelzen. Dadurch sind diese Substrate vielseitig einsetzbar und übertreffen Silizium in vielen Anwendungen. Dank seiner hohen Temperaturbeständigkeit kann es auch bei Temperaturen über 1600 °C sicher betrieben werden. Somit eignet es sich als Substrat für nahezu jede Hochtemperaturanwendung.