Un materiale semiconduttore dalle vaste applicazioni in microelettronica
di Fonte ST
Il Carburo di Silicio alle sue origini
La forma naturale del Carburo di Silicio è estremamente rara. Il carburo di silicio (SiC) fu scoperto e sintetizzato da Edward G. Acheson nel 1890 che lo chiamò Carborundum.
50 anni dopo, la comunità scientifica aveva iniziato a lavorare sul SiC avendo compreso che poteva essere creato artificialmente usando alte temperature e pressioni per consentire a silicio e atomi di carbonio di combinarsi in una struttura cristallina. La prima conferenza sul SiC si è tenuta nel 1958 a Boston, negli Stati Uniti. Ma fu solo negli anni ’90 che furono scoperte le proprietà dei semiconduttori di SiC, portando a una futura generazione di dispositivi di potenza.
La collaborazione ST – Università di Catania ha studiato le proprietà del carburo di silicio e ha definito i primi passi verso un flusso di produzione di dispositivi di potenza. Gli studi hanno esaminato nuove strutture per l’uso di SiC in dispositivi di potenza e hanno iniziato a depositare brevetti nel 2000.
I primi prodotti fabbricati sono stati i diodi di potenza, che sono stati fondamentali per dimostrare il potenziale del materiale. Nel 2004 un dimostratore Diodo Schottky è stato prodotto presso ST, sulla base del lavoro svolto 2 anni prima su una linea di elaborazione CNR La prima generazione di diodi è entrata in produzione nell’ottobre 2007 su wafer da 1,5″ e ST è ora sui dispositivi di terza generazione costruiti su wafer da 6″.
L’innovazione ST
Il miglioramento continuo e l’innovazione hanno portato a prodotti più affidabili con rese più elevate. Nel 2014 ST ha iniziato a lanciarsi su wafer da 4”. La sua applicazione principale all’inizio è stata nel fotovoltaico con una applicazione da 1200V.
Alla fine del 2016 ST ha iniziato la consegna della sua seconda generazione lavorando a 650V. È stato il primo ‘MOSFET’ di Carburo di Silicio a 650V e ha dimostrato i vantaggi della tecnologia a tensioni più basse. Questi prodotti sono stati fondamentali per la storia di successo del SiC la cui introduzione ha coinciso con l’emergere di veicoli elettrici e prospettive di crescita elevata.
Per soddisfare questa domanda, ST si è spostata sui wafer. a 6″ nel 2018 e con l’aumento della base clienti e delle consegne che ha obbligato l’azienda si è trovata a guardare continuamente e con attenzione al processo produttivo e alla qualità dei prodotti.
I vantaggi del SiC hanno un prezzo, in quanto i prodotti SiC sono molto più delicati rispetto agli equivalenti in silicio.
Il substrato di base è difficile da produrre ed il processo di creazione della struttura cristallina di silicio e carbonio aggiunge un certo livello di difettosità che influisce sulle rese finali. Un ottimo rapporto tra ST e i produttori di materiali di base significa che si possono influenzare gli sforzi di sviluppo dei materiali, in particolare nel processo di crescita, per assicurarci che il tipo di difetti intrinseci che si verificano siano quelli che si possono schermare nel modo più efficiente.
La storia del SiC sta entrando in una nuova fase di proliferazione delle applicazioni e della produzione. Parallelamente, allo sforzo di Ramp-up si continua a guardare con particolare attenzione alla progettazione di dispositivi che aumenteranno il potenziale di mercato.
Immagine: Fette di carburo di silicio (SiC) in varie fasi di lavorazione presso lo stabilimento ST di Catania. STMicroelectronics Italia
(lo)
