Fundamentals of Silicon Carbide Technology阅读小记

2024年1月12日

书名：Fundamentals of Silicon Carbide Technology——Growth,Characterization,Devices and Applications 作者：[美]James A. Cooper，[日]Tsunenobu Kimoto；出版社：John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd. 出版时间：2014.01 ISBN：978-1-118-31352-7

24年每个月我只看一本书，这本是1月的。

这本和Josef Lutz的《Semiconductor Power Devices》都是功率半导体领域的经典著述了。没记错的话这两本在机工出的国内硕士教材里面还属于一个系列的。在SIC领域，Cooper（普渡的）和Kimoto（京都大学的）是当之无愧的学术大佬了，一个月前因为普渡vsST陪审团意见上网，业界关注讨论这件事的不少。从X律哪里拿来这本之后我还真的认认真真看了，比前一本看得细致的多（毕竟是发明人的著述），断断续续花了一个月的时间把其中材料本征特性、衬底、外延、期间基础、单极器件、结构优化、应用场景概述几部分看完了。因为633专利是平面单级器件，所以BJT、IGBT、GTO那部分我就没去翻。整体上讲，这本领域比Lutz那本更聚焦，但是涉及到封装、测试、应用的部分讲得不是很多。当然技术链条拓展成这样子已经是能够覆盖产业链多数环节的核心技术内容了。

完全能看懂的主要还是材料本征、衬底和外延部分。印象比较深刻的是讲升华法重复a面减少位错那部分，以及发明人对于633专利的解读。

关于重复a面晶体生长

上一次看单晶生长还是在做涡轮叶片，讲水冷盘操作、籽晶面污染控制和模具易过冷结构设计的，这里面关于偏轴有一些共通的地方，但由于材料本征差异太大，工艺基本上是风马牛不相及的。然后就到了材料人喜闻乐见的环节：关于炉子。没人能真正摸清楚炉子的脾气，而现在的检测手段只能说相当有限，况且很多缺陷出现的机理我们并不是完全清楚，所以很多时候烧炉子就成了一个玄学问题。从这种意义上说，想出溶液法旋转炉的简直是个天才。后面还提到从长成的<1100>晶锭上且一块（0001）籽晶再溶液生长得到0位错4H-SIC的，翻了一下是15thDPIRS的会议paper.，又是日本学者在搞，真有毅力啊。

关于CSL层

633专利的核心问题其实是CSL的问题，JFET区的重掺杂和CSL至少有这么几个要点：一是减少元胞尺寸，JFET区域的掺杂达到1*10exp17cmexp-3时，WJFET能减少到1μm；二是减少反向偏置状态下的电场集中，尤其是基区拐角处的电场集中，平面器件的电场集中虽然没有沟槽器件那样严重到要把栅氧可靠性放在首要位置，但是这里减少电场集中之后更好和其他性能做折中；三是CSL层缓解了电子从JFET区流入漂移区的电流聚集，因而降低电阻；四是在反向偏置状态下，重掺杂区域并不会导致基区附近的电场峰值大增，重掺杂材料本身提供了比较高的临界电场，所以击穿电压也是能够保证的。工艺上的自对准先不谈，就CSL这一点明确之后，没有这一层的想拿22.3来说事就很难。 633的三次无效，只有两次的结果下来了，看了下理由，主要是对于CSL概念、定义，有很大争议。 ST当然想从其他角度解释重掺杂n和CSL相当，毕竟现有技术证据里面关于浓度范围的限定是很宽的，10exp15~10exp19都敢写（19完全是在开玩笑了），但是没认。 X律看了之后也很困惑，按理说SIC里面找不到，难道Si器件里面找不到吗？我当时就建议翻翻cree和onsemi95-05年的数据，说不定有。但是更早的Si数据也有可能，只不能去翻的口径就很大了。技术角度的疑惑固然很多，商业角度的疑惑只会更多。首先是tesla二供的问题，其次是普渡选择的问题，再后来连Cooper背靠方都被拉了出来。 633本身的问题并不复杂，只是背后的商业问题太复杂了。所以回过头来我看了下Kimoto这边的专利，以及住友的专利（他以前在住友），发现她和cooper的情况还不太一样。 Cooper这边是有一些器件的，Kimoto是工艺方面多一点，这本里面前5章的内容主要是他在写，后面6章是Cooper主笔。至于业界要怎么看待这件事，恐怕得等到二审结果出来了，2.3亿说多不多说少不少，因为很难转嫁成本给下游，剧本性的猜测越来越多了。

最后回到书籍本身来。关于单极器件的设计优化，书里提到了两个方向，一个是关于边缘终端，一个是关于漂移区，而三维元胞结构、元胞排布、焊盘引线这部分没有讲到。拉数据看的话，结构设计上，三维元胞里面水数据的比较多，排布基本定型了六边蜂窝的占大多数（产业化的也是这种），焊盘和引线似乎和做设计的不在同一个环节，IDM的数据比较多，机构的数据就很少了。 Cooper在书里面提到的多浮空区JTE和空间调制JTE，产业上两种都在用，但哪个用得多一点我也不是很清楚。但是这两个经典设计如果也是像633专利一样基础的话，那后续可能有连续剧看了。