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【金光炫技】 | 探秘世紀(jì)金光“黑碳化硅技術(shù)”,解鎖國際工藝難題!

來源:世紀(jì)金光網(wǎng)站  發(fā)布時(shí)間:2019-10-09

2018年4月,北京世紀(jì)金光半導(dǎo)體有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)性的提出一種經(jīng)濟(jì)高效的碳化硅器件表面亞微米減反射結(jié)構(gòu)制作工藝,即“黑碳化硅技術(shù)”,并就該技術(shù)在APPEEC2018國際會(huì)議上發(fā)表了題為《Fabrication of broadband antireflective sub-microstructures on 4H-SiC by mesh patterning etching》的文章,引發(fā)業(yè)界轟動(dòng)。該文章為EI收錄并由澳大利亞出版社開源期刊”Energy and Power Engineering”(ISSN:1949-243X)出版發(fā)行。該技術(shù)的誕生,成功打破了關(guān)于“黑碳化硅技術(shù)”工藝難、成本高等國際性技術(shù)難題。

01
什么是黑碳化硅技術(shù)?

在SiC晶圓表面刻蝕出大面積亞微米級(jí)別(300-700nm為最佳)的納米結(jié)構(gòu)(包括納米圓錐,納米柱,金字塔結(jié)構(gòu)等),可以大幅降低晶圓表面對(duì)光的反射,同時(shí)增加透射,與硅太陽能電池中的“黑硅”技術(shù)類似,這種技術(shù)被稱為“黑碳化硅”技術(shù)。黑碳化硅技術(shù)可應(yīng)用在:(1)3C-SiC中間帶太陽能電池IBSC表面減反射,歐洲2013年投資1億歐元立項(xiàng)研發(fā)3C-SiC,作為太空用高效太陽能電池;(2)SiC紫外探測器增強(qiáng)探測效率;(3)作為高功率LED的襯底增強(qiáng)出光效率;(200流明以上的LED只有國外一些廠家能做出來,目前處于壟斷狀態(tài),且產(chǎn)能嚴(yán)重不足。)

02
國際黑碳化硅技術(shù)研究狀況

批量生產(chǎn)制作亞微米量級(jí)的SiC表面結(jié)構(gòu)很難,歐洲和韓國有幾家研究機(jī)構(gòu)一直在嘗試,他們通過電子束光刻或者PS乙烯球自組裝掩膜刻蝕做出來一些測試結(jié)構(gòu),但成本很高,且無法大面積大規(guī)模制作。
●丹麥皇家理工PS乙烯球自組裝掩膜刻蝕制作的6H-SiC襯底
丹麥皇家理工大學(xué)組的目的是為了制作出表面有亞微米結(jié)構(gòu)的6H-SiC襯底然后生長GaN外延,制作出高出光效率的高功率LED。該方法工藝復(fù)雜成本高,難以制作出大面積均勻結(jié)構(gòu)。

●丹麥/瑞典皇家理工及德國紐倫堡大學(xué)的電子束光刻納米結(jié)構(gòu)
丹麥皇家理工,瑞典皇家理工及紐倫堡大學(xué)組采用電子束光刻方法制作出500nm左右的表面納米圓錐結(jié)構(gòu),目的也是作為高出光效率的高功率LED的襯底。該方法非常耗費(fèi)時(shí)間,成本高,無法大規(guī)模制作。



●韓國Kwangwoon大學(xué)的大凸塊+小納米尖錐結(jié)構(gòu)
Kwangwoon University,采用光刻后RIE刻蝕方法制作出5um大周期結(jié)構(gòu)+周邊200nm左右的表面納米圓錐結(jié)構(gòu),目的是高探測效率的紫外探測器。該方法需要光刻,成本高,減反射效果比較差。


工藝難、成本高成為國際“黑碳化硅技術(shù)”研究的難題!

03
探秘世紀(jì)金光“黑碳化硅技術(shù)”

針對(duì)SiC材料表面經(jīng)濟(jì)高效制作大面積亞微米減反射結(jié)構(gòu)的問題,北京世紀(jì)金光半導(dǎo)體有限公司器件研發(fā)中心的工藝技術(shù)團(tuán)隊(duì)積極與國外頂級(jí)研究機(jī)構(gòu)合作,開展實(shí)驗(yàn)研究,開發(fā)出一種經(jīng)濟(jì)有效的SiC材料器件表面制絨的方法,并通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,摸索出一套切實(shí)可行的工藝,并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),能方便經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)SiC材料大面積表面具有被研究小組譽(yù)為“Mesh patterning etch fingerprint”的網(wǎng)格狀溝槽的亞微米結(jié)構(gòu)構(gòu)造,降低表面反射率。該網(wǎng)格狀表面納米結(jié)構(gòu)的深度約200-300nm。

SEM shows Mesh-pattern-nanostructures on whole 4 inch SiC wafer

測試表明,該結(jié)構(gòu)可以在390-800 nm的寬波長范圍內(nèi)使SiC器件表面反射平均降低30%以上,該方法無需光刻,只要簡單的光刻膠掩蔽直接刻蝕,非常經(jīng)濟(jì)高效。

AFM test on the Mesh-patternnanostructures

Reflectance spectra for bare and ARS SiC substrates

目前,“世紀(jì)金光”通過這種方法已經(jīng)小批量生產(chǎn)出一些不同規(guī)格的具有表面微納米結(jié)構(gòu)的4H-SiC四六寸單晶片及外延片,并與國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)合作,嘗試?yán)眠@種新型SiC材料制作高效率的紫外探測器及中間帶太陽能電池,以進(jìn)一步驗(yàn)證這種SiC亞微米減反射結(jié)構(gòu)材料的性能。


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