Implementación y escalado industrial de tecnologías de producción innovadoras y eficientes en la fabricación de obleas de SiC para la fabricación de chips en electrónica de potencia

El Carburo de Silicio (SiC) es un material semiconductor de alta resistencia y dureza, que se ha convertido en un material clave en la electrónica de potencia debido a su capacidad para soportar altas temperaturas, voltajes y corrientes. Las obleas de SiC son la base de los dispositivos electrónicos de potencia basados en SiC, como diodos, MOSFETs, IGBTs y otros, que se utilizan en aplicaciones de alta potencia como fuentes de alimentación, inversores, motores eléctricos, y sistemas de energía renovable.

Existen diferentes métodos para obtener obleas de SiC, que varían en términos de coste, complejidad y calidad del material obtenido. Algunos de estos métodos incluyen el método de Lely, el método de sublimación en fase sólida, el método de crecimiento por deposición química de vapor (CVD) y la tecnología de substrato policristalino de alta pureza con un recubrimiento epitaxial de SiC.

La tecnología de substrato policristalino de alta pureza con un recubrimiento epitaxial de SiC es el método más prometedor debido a varias razones.

1. En primer lugar, este método es capaz de producir obleas de SiC de alta calidad con un mínimo de defectos estructurales. Esto se debe a que la capa epitaxial de SiC se crece sobre un substrato policristalino de alta pureza que actúa como soporte para el crecimiento cristalino, lo que resulta en una estructura cristalina uniforme y libre de defectos.
2. En segundo lugar, la tecnología de substrato policristalino de alta pureza con un recubrimiento epitaxial de SiC es un método relativamente económico y escalable. En comparación con otros métodos de producción de obleas de SiC es menos costosa, ya que no requiere la producción de un monocristal de SiC, lo que es un proceso muy costoso y complejo.
3. En tercer lugar, la tecnología de substrato policristalino de alta pureza con un recubrimiento epitaxial de SiC es compatible con la producción en masa, lo que lo hace adecuado para la producción industrial. El método de crecimiento por deposición química de vapor (CVD) también es un método adecuado para la producción en masa, pero tiene una mayor complejidad y coste (es un proceso muy lento) en comparación con la tecnología mixta de substrato policristalino y posterior recubrimiento epitaxial de SiC.

Por todo lo mencionado anteriormente, la tecnología de substrato policristalino de alta pureza con un recubrimiento epitaxial de SiC sería el método más prometedor para la producción de obleas de SiC debido a su alta calidad, bajo coste y escalabilidad. Sin embargo existen una serie de problemas científico tecnológicos que frenan su desarrollo.

El objetivo principal del proyecto es, precisamente, superar las limitaciones actuales del uso del carburo de silicio como sustrato de obleas de 6 pulgadas para la fabricación de chips en electrónica de potencia, mediante la implementación de tecnologías de producción innovadoras y eficientes, como son el encadenamiento del colaje asistido por presión de preformas cerámicas policristalinas a partir de barbotinas estables de precursores de SiC de alta pureza mezclados con óxido de grafeno, y su posterior sinterización asistida por presión por descarga de plasma SPS.

Además, se pretende estudiar el escalado industrial del proceso mediante la robotización de operaciones, modelización del proceso de sinterización y diseño de moldes multicapa. También se propone estudiar aquellas modificaciones del proceso de ingeniería de procesos asociados a la sinterización por SPS que permitan aumentar la productividad y reducir el coste de producción de obleas manteniendo las especificaciones necesarias para la fabricación posterior de chips.