la prima rivista italiana sui circuiti stampati - B2B24 - Il Sole 24 Ore

Wide Bandgap Technology
La tecnologia wide bandgap si basa sull’utilizzo del carburo
di silicio (SiC). Il SiC puro è incolore, la lucentezza dei cristalli,
capaci di scomporre la luce nei colori dell’arcobaleno,
è dovuta all’autopassivazione del materiale che si ricopre di
un sottile strato di SiO2. Tra tutte le sue forme cristalline, l’alfa
è la più comune (SiC-α), si forma a temperature superiori
ai 2000 °C e ha un struttura cristallina esagonale. È inerte
dal punto di vista chimico, ha un bassissimo coefficiente
di dilatazione termica, ma possiede un’elevata conducibilità
termica. In particolare quest’ultima sua caratteristica, unitamente
all’alta densità di corrente che è capace di sopportare,
lo rendono attualmente un materiale molto interessante
come semiconduttore, sicuramente più promettente del silicio
per gli utilizzi nell’alta potenza, nell’alta frequenza e alle
alte temperature (fino a 500 – 600 °C).
L’attuale limite è dettato dalla qualità del materiale di partenza,
i substrati da lavorare per ottenere il dispositivo finale.
Gli attuali wafer di silicio arrivano a diametri superiori ai 12”
(30,48 cm), sono di elevata purezza e ottima qualità cristallografica.
La difettosità è ritenuta ormai insignificante.
I wafer di SiC oggi disponibili hanno diametri attorno ai 4”
(10 cm), ma in particolare la presenza dei difetti (micropipe,
stacking fault, dislocation) è ancora troppo elevata per ottenere
dispositivi con il livello di affidabilità richiesto dall’elettronica
di ultima generazione. Esiste inoltre il problema dei
costi. Per il substrato di silicio l’incidenza sul dispositivo finale
(componente) è inferiore al 5%, mentre nel caso del SiC
è ancora attestata attorno al 50%.
I substrati di carburo di silicio sono ottenuti mediante il processo
di crescita epitassiale di tipo HTCVD (High Temperature
Chemical Vapour Deposition). In pratica gli strati epitassiali di
SiC sono ottenuti da vapori contenenti silicio e carbonio in
reattori ad alta temperatura.
È in atto una forte sperimentazione per arrivare a un utilizzo
estensivo di questo materiale nella costruzione di sensori
e vari altri componenti elettronici; attualmente si producono
solo i diodi schottky.
La tecnologia di crescita epitassiale consente di accrescere
strati di silicio monocristallino su di un substrato, anch’esso
di silicio monocristallino che ne indirizza la crescita e ne determina
le proprietà strutturali. È comunque possibile ottenere
la deposizione di altri materiali metallici al fine di realizzare
le connessioni tra i vari dispositivi di un chip. Lo spessore
dello strato epitassiale può variare dalla frazione di un nanometro
a centinaia di micron, con controllo dello spessore dei
materiali dell’ordine del singolo strato atomico.
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