የሲሊኮን ካርቦይድ ቴክኒካዊ እንቅፋቶች ምንድን ናቸው?Ⅱ

ከፍተኛ ጥራት ባለው የሲሊኮን ካርቦዳይድ ዋይፈር የተረጋጋ አፈፃፀም በጅምላ በማምረት ላይ ያሉ ቴክኒካዊ ችግሮች የሚከተሉትን ያካትታሉ:
1) ክሪስታሎች ከ 2000 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ ባለው ከፍተኛ ሙቀት ባለው የታሸገ አካባቢ ውስጥ ማደግ ስለሚያስፈልጋቸው የሙቀት መቆጣጠሪያ መስፈርቶች በጣም ከፍተኛ ናቸው;
2) የሲሊኮን ካርቦዳይድ ከ 200 በላይ ክሪስታል አወቃቀሮች ያሉት ሲሆን ነገር ግን ነጠላ-ክሪስታል ሲሊከን ካርቦዳይድ ጥቂት መዋቅሮች ብቻ የሚፈለጉት ሴሚኮንዳክተር ቁሶች ናቸው ፣ የሲሊኮን-ካርቦን ሬሾ ፣ የእድገት የሙቀት ቅልጥፍና እና ክሪስታል እድገት በትክክል ቁጥጥር ሊደረግበት ይገባል ። ክሪስታል የእድገት ሂደት. እንደ ፍጥነት እና የአየር ፍሰት ግፊት ያሉ መለኪያዎች;
3) በእንፋሎት ደረጃ ማስተላለፊያ ዘዴ የሲሊኮን ካርቦይድ ክሪስታል እድገት ዲያሜትር የማስፋፊያ ቴክኖሎጂ እጅግ በጣም ከባድ ነው ።
4) የሲሊኮን ካርቦዳይድ ጥንካሬ ከአልማዝ ጋር ቅርብ ነው, እና የመቁረጥ, የመፍጨት እና የማጥራት ዘዴዎች አስቸጋሪ ናቸው.

SiC epitaxial wafers፡ አብዛኛው ጊዜ የሚመረተው በኬሚካል ትነት ክምችት (CVD) ዘዴ ነው። በተለያዩ የዶፒንግ ዓይነቶች መሠረት በ n-type እና p-type epitaxial wafers ይከፈላሉ. የሀገር ውስጥ ሃንቲያን ቲያንቼንግ እና ዶንግጓን ቲያንዩ ቀድሞውንም 4-ኢንች/6-ኢንች ሲሲ ኤፒታክሲያል ዋፈርዎችን ማቅረብ ይችላሉ። ለ SiC epitaxy በከፍተኛ-ቮልቴጅ መስክ ውስጥ ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ነው, እና የሲሲ ኤፒታክሲስ ጥራት በሲሲ መሳሪያዎች ላይ የበለጠ ተፅዕኖ አለው. ከዚህም በላይ የኤፒታክሲያል መሳሪያዎች በኢንዱስትሪው ውስጥ በአራቱ መሪ ኩባንያዎች ማለትም Axitron, LPE, TEL እና Nuflare በሞኖፖል ተይዘዋል።

የሲሊኮን ካርቦይድ ኤፒታክሲያልዋፈር የሚያመለክተው አንድ ነጠላ ክሪስታል ፊልም (ኤፒታክሲያል ንብርብር) ከተወሰኑ መስፈርቶች ጋር እና ከዋናው ክሪስታል ጋር ተመሳሳይ በሆነው የመጀመሪያው የሲሊኮን ካርቦዳይድ ንጣፍ ላይ የሚበቅልበትን የሲሊኮን ካርቦዳይድ ዋፈርን ነው። ኤፒታክሲያል እድገት በዋናነት የሲቪዲ (የኬሚካል የእንፋሎት ክምችት፣) መሳሪያዎችን ወይም MBE (Molecular Beam Epitaxy) መሳሪያዎችን ይጠቀማል። የሲሊኮን ካርቦይድ መሳሪያዎች በቀጥታ በኤፒታክሲያል ንብርብር ውስጥ ስለሚመረቱ, የኤፒታክሲያል ንብርብር ጥራት በቀጥታ የመሳሪያውን አፈፃፀም እና ምርት ይጎዳል. የቮልቴጅ የመቋቋም መሳሪያው አፈፃፀም እየጨመረ ሲሄድ, የተዛማጅ ኤፒታክሲያል ንብርብር ውፍረት እየጨመረ እና መቆጣጠሪያው ይበልጥ አስቸጋሪ ይሆናል.በአጠቃላይ, ቮልቴጅ 600V አካባቢ በሚሆንበት ጊዜ, የሚፈለገው የ epitaxial ንብርብር ውፍረት 6 ማይክሮን ያህል ነው; ቮልቴጁ ከ1200-1700V መካከል ሲሆን አስፈላጊው የኤፒታክሲያል ንብርብር ውፍረት ከ10-15 ማይክሮን ይደርሳል። ቮልቴጁ ከ 10,000 ቮልት በላይ ከሆነ ከ 100 ማይክሮን በላይ የሆነ የኤፒታክሲያል ንብርብር ውፍረት ሊያስፈልግ ይችላል. የ epitaxial ንብርብር ውፍረት እየጨመረ በሄደ መጠን ውፍረትን እና የመቋቋም ተመሳሳይነት እና ጉድለትን መቆጣጠር አስቸጋሪ እየሆነ ይሄዳል።

የሲሲ መሳሪያዎች፡ በአለምአቀፍ ደረጃ፣ 600~1700V SiC SBD እና MOSFET በኢንዱስትሪነት ተመርተዋል። ዋናዎቹ ምርቶች ከ 1200 ቮ በታች ባለው የቮልቴጅ ደረጃ ይሰራሉ ​​እና በዋናነት TO ማሸግ ይጠቀማሉ. ከዋጋ አንፃር፣ በአለም አቀፍ ገበያ ላይ ያሉ የሲሲ ምርቶች ከሲ አቻዎቻቸው ከ5-6 ጊዜ ያህል ከፍ ያለ ዋጋ አላቸው። ይሁን እንጂ ዋጋው በዓመት በ10% እየቀነሰ ነው። በሚቀጥሉት 2-3 ዓመታት ውስጥ የወለል ንጣፎችን እና የመሳሪያዎችን ምርት በማስፋፋት, የገበያ አቅርቦቱ ይጨምራል, ይህም ተጨማሪ የዋጋ ቅነሳን ያስከትላል. ዋጋው ከሲ ምርቶች 2-3 እጥፍ ሲደርስ የስርአት ወጪ መቀነስ እና የተሻሻለ አፈጻጸም ያስከተላቸው ጥቅሞች ቀስ በቀስ ሲሲ የሲ መሳሪያዎችን የገበያ ቦታ እንዲይዝ ያደርገዋል ተብሎ ይጠበቃል።
ባህላዊ ማሸጊያዎች በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ንጣፎች ላይ የተመሰረቱ ናቸው, የሶስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ሙሉ ለሙሉ አዲስ ንድፍ ያስፈልጋቸዋል. ለሰፊ ባንድጋፕ ሃይል መሳሪያዎች ባህላዊ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የማሸጊያ አወቃቀሮችን መጠቀም ከድግግሞሽ፣ የሙቀት አስተዳደር እና አስተማማኝነት ጋር የተያያዙ አዳዲስ ጉዳዮችን እና ተግዳሮቶችን ማስተዋወቅ ይችላል። የሲሲ ሃይል መሳሪያዎች ለጥገኛ አቅም እና ኢንዳክሽን የበለጠ ስሜታዊ ናቸው። ከሲ መሳሪያዎች ጋር ሲወዳደር የሲሲ ሃይል ቺፖች ፈጣን የመቀያየር ፍጥነቶች አሏቸው ይህም ከመጠን በላይ መተኮስን፣ ማወዛወዝን፣ የመቀያየር ኪሳራዎችን መጨመር እና የመሳሪያ ብልሽቶችን ሊያስከትል ይችላል። በተጨማሪም፣ የሲሲ ሃይል መሳሪያዎች በከፍተኛ ሙቀት ይሰራሉ፣ የበለጠ የላቀ የሙቀት አስተዳደር ቴክኒኮችን ይፈልጋሉ።

ሰፊ ባንድጋፕ ሴሚኮንዳክተር ሃይል ማሸግ መስክ ውስጥ የተለያዩ ልዩ ልዩ አወቃቀሮች ተዘጋጅተዋል። ባህላዊ ሲ-ተኮር የኃይል ሞጁል ማሸግ ከአሁን በኋላ ተስማሚ አይደለም። ከፍተኛ ጥገኛ መለኪያዎች እና ባህላዊ ሲ-የተመሰረተ ኃይል ሞዱል ማሸጊያዎች መካከል ደካማ ሙቀት ማባከን ውጤታማነት ለመፍታት, SiC ኃይል ሞዱል ማሸግ ገመድ አልባ interconnection እና ድርብ-ጎን የማቀዝቀዝ ቴክኖሎጂ በውስጡ መዋቅር ውስጥ, እና ደግሞ substrate ቁሶች የተሻለ አማቂ ጋር ተቀብለዋል. conductivity, እና decoupling capacitors, ሙቀት/የአሁኑ ዳሳሾች, እና ሞዱል መዋቅር ውስጥ ሰር ወረዳዎች ለማዋሃድ ሞክሯል, እና የተለያዩ የተለያዩ ሞጁል ማሸጊያ ቴክኖሎጂዎችን አዳብረዋል. ከዚህም በላይ የሲሲ መሣሪያን ለማምረት ከፍተኛ የቴክኒክ እንቅፋቶች አሉ እና የምርት ወጪዎች ከፍተኛ ናቸው.

የሲሊኮን ካርቦዳይድ መሳሪያዎች የሚመረተው ኤፒታክሲያል ንብርብሮችን በሲሊኮን ካርቦዳይድ ንጣፍ በሲቪዲ በኩል በማስቀመጥ ነው። ሂደቱ በሲሲ ነጠላ ክሪስታል ንጣፍ ላይ የመሳሪያውን መዋቅር ለመመስረት የጽዳት፣ የኦክሳይድ፣ የፎቶሊቶግራፊ፣ የማሳከክ፣ የፎቶሪሲስትን ማራገፍ፣ ion implantation፣ የሲሊኮን ናይትራይድ ኬሚካላዊ የእንፋሎት ክምችት፣ማጥራት፣መበተን እና ቀጣይ ሂደትን ያካትታል። ዋናዎቹ የሲሲ ሃይል መሳሪያዎች ሲሲ ዳዮዶች፣ ሲሲ ትራንዚስተሮች እና ሲሲ ፓወር ሞጁሎች ያካትታሉ። እንደ ቀስ ብሎ ወደ ላይ የቁሳቁስ የማምረት ፍጥነት እና ዝቅተኛ የምርት መጠን በመሳሰሉት ምክንያቶች የሲሊኮን ካርቦይድ መሳሪያዎች በአንጻራዊነት ከፍተኛ የማምረቻ ወጪዎች አሏቸው።

በተጨማሪም ፣ የሲሊኮን ካርቦይድ መሳሪያ ማምረት የተወሰኑ ቴክኒካዊ ችግሮች አሉት ።
1) ከሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁሶች ባህሪያት ጋር የሚጣጣም አንድ የተወሰነ ሂደት ማዘጋጀት አስፈላጊ ነው. ለምሳሌ፡ ሲሲ ከፍተኛ የማቅለጫ ነጥብ አለው፣ ይህም ባህላዊ የሙቀት ስርጭትን ውጤታማ ያደርገዋል። የ ion implantation doping ዘዴን መጠቀም እና እንደ ሙቀት, የሙቀት መጠን, የቆይታ ጊዜ እና የጋዝ ፍሰት ያሉ መለኪያዎችን በትክክል መቆጣጠር ያስፈልጋል; ሲሲ ለኬሚካል ፈሳሾች የማይበገር ነው። እንደ ደረቅ ማሳከክ ያሉ ዘዴዎች ጥቅም ላይ መዋል አለባቸው, እና ጭንብል ቁሳቁሶችን, የጋዝ ቅይጥ, የጎን ግድግዳ ቁልቁል ቁጥጥር, የመለጠጥ መጠን, የጎን ግድግዳ ሸካራነት, ወዘተ. ማመቻቸት እና ማዳበር አለባቸው;
2) የብረት ኤሌክትሮዶችን በሲሊኮን ካርቦይድ ዋይፍ ላይ ማምረት ከ 10-5Ω2 በታች ያለውን ግንኙነት መቋቋም ያስፈልገዋል. መስፈርቶቹን የሚያሟሉ ኤሌክትሮዶች ኒ እና አል ከ 100 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ ዝቅተኛ የሙቀት መረጋጋት አላቸው, ነገር ግን አል / ኒ የተሻለ የሙቀት መረጋጋት አለው. የ / W / Au ውህድ ኤሌክትሮድ ቁሳቁስ የእውቂያ ልዩ ተቃውሞ 10-3Ω2 ከፍ ያለ ነው;
3) ሲሲ ከፍተኛ የመቁረጫ ልብስ አለው፣ እና የሲሲ ጥንካሬ ከአልማዝ ቀጥሎ ሁለተኛ ነው፣ ይህም ለመቁረጥ፣ መፍጨት፣ ቀለም መቀባት እና ሌሎች ቴክኖሎጂዎች ከፍተኛ መስፈርቶችን ያስቀምጣል።
ከዚህም በላይ ቦይ ሲሊከን ካርቦይድ ኃይል መሣሪያዎች ለማምረት ይበልጥ አስቸጋሪ ናቸው. በተለያዩ የመሳሪያ አወቃቀሮች መሰረት, የሲሊኮን ካርቦይድ ሃይል መሳሪያዎች በዋናነት ወደ ፕላነር መሳሪያዎች እና ቦይ መሳሪያዎች ሊከፋፈሉ ይችላሉ. የፕላኔር የሲሊኮን ካርቦይድ ሃይል መሳሪያዎች ጥሩ የአሃድ ወጥነት እና ቀላል የማምረት ሂደት አላቸው ነገር ግን ለJFET ተጽእኖ የተጋለጡ እና ከፍተኛ ጥገኛ አቅም እና በስቴት ላይ የመቋቋም ችሎታ አላቸው. ከፕላነር መሳሪያዎች ጋር ሲነፃፀሩ፣ ቦይ ሲሊኮን ካርቦዳይድ ሃይል መሳሪያዎች ዝቅተኛ የአሃድ ወጥነት ያላቸው እና የበለጠ ውስብስብ የማምረት ሂደት አላቸው። ይሁን እንጂ የቦይ አወቃቀሩ የመሳሪያውን አሃድ ጥግግት ለመጨመር ምቹ እና የ JFET ተጽእኖን የማምረት ዕድሉ አነስተኛ ነው, ይህም የቻናል ተንቀሳቃሽነት ችግርን ለመፍታት ጠቃሚ ነው. እንደ ትንሽ የመቋቋም ችሎታ ፣ አነስተኛ ጥገኛ አቅም እና ዝቅተኛ የመቀያየር የኃይል ፍጆታ ያሉ በጣም ጥሩ ባህሪዎች አሉት። ከፍተኛ ወጪ እና የአፈፃፀም ጥቅሞች አሉት እና የሲሊኮን ካርቦይድ ሃይል መሳሪያዎች እድገት ዋና አቅጣጫ ሆኗል. እንደ Rohm ኦፊሴላዊ ድረ-ገጽ፣ የROHM Gen3 መዋቅር (Gen1 Trench መዋቅር) ከ Gen2 (Plannar2) ቺፕ አካባቢ 75% ብቻ ነው፣ እና የROHM Gen3 መዋቅር የመቋቋም አቅም በተመሳሳይ ቺፕ መጠን በ50% ቀንሷል።

የሲሊኮን ካርቦዳይድ ንጣፍ ፣ ኤፒታክሲ ፣ የፊት-መጨረሻ ፣ የ R&D ወጪዎች እና ሌሎች የሲሊኮን ካርቦይድ መሳሪያዎችን የማምረት ወጪ 47% ፣ 23% ፣ 19% ፣ 6% እና 5% ይይዛሉ።

በመጨረሻም ፣ በሲሊኮን ካርቦይድ ኢንዱስትሪ ሰንሰለት ውስጥ ያሉትን የንዑስ ስቴቶች ቴክኒካዊ እንቅፋቶችን በማፍረስ ላይ እናተኩራለን ።

የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፎችን የማምረት ሂደት በሲሊኮን ላይ ከተመሰረቱ ንጣፎች ጋር ተመሳሳይ ነው, ግን የበለጠ አስቸጋሪ ነው.
የሲሊኮን ካርቦዳይድ ንጣፍ የማምረት ሂደት በአጠቃላይ የጥሬ ዕቃዎች ውህደት ፣ ክሪስታል እድገት ፣ ኢንጎት ማቀነባበሪያ ፣ ኢንጎት መቁረጥ ፣ ዋፈር መፍጨት ፣ መጥረግ ፣ ጽዳት እና ሌሎች አገናኞችን ያጠቃልላል።
ክሪስታል የእድገት ደረጃ የጠቅላላው ሂደት ዋና አካል ነው, እና ይህ ደረጃ የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፍ የኤሌክትሪክ ባህሪያትን ይወስናል.

የሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁሶች በተለመደው ሁኔታ ውስጥ በፈሳሽ ደረጃ ውስጥ ለማደግ አስቸጋሪ ናቸው. በአሁኑ ጊዜ በገበያ ውስጥ ታዋቂ የሆነው የእንፋሎት ደረጃ ዕድገት ዘዴ ከ 2300 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ የሆነ የእድገት ሙቀት አለው እና የእድገቱን የሙቀት መጠን በትክክል መቆጣጠር ያስፈልገዋል. አጠቃላይ የአሰራር ሂደቱን ለመመልከት አስቸጋሪ ነው. ትንሽ ስህተት ወደ ምርት መፋቅ ይመራል. በንፅፅር የሲሊኮን እቃዎች 1600 ℃ ብቻ ያስፈልጋቸዋል, ይህም በጣም ዝቅተኛ ነው. የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፎችን ማዘጋጀት እንደ ዝግ ያለ ክሪስታል እድገት እና የከፍተኛ ክሪስታል ቅርፅ መስፈርቶች ያሉ ችግሮች ያጋጥሙታል። የሲሊኮን ካርቦይድ ዋፈር እድገት ከ 7 እስከ 10 ቀናት ይወስዳል, የሲሊኮን ዘንግ መጎተት ግን 2 ቀን ተኩል ብቻ ይወስዳል. ከዚህም በላይ ሲሊከን ካርቦይድ ጥንካሬው ከአልማዝ ቀጥሎ ሁለተኛ ደረጃ ያለው ቁሳቁስ ነው. በመቁረጥ, በመፍጨት እና በማጽዳት ጊዜ ብዙ ያጣል, እና የውጤት ጥምርታ 60% ብቻ ነው.

አዝማሚያው የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፎችን መጠን መጨመር እንደሆነ እናውቃለን, መጠኑ እየጨመረ ሲሄድ, የዲያሜትር ማስፋፊያ ቴክኖሎጂ መስፈርቶች ከፍተኛ እና ከፍተኛ እየሆኑ መጥተዋል. ክሪስታሎች ተደጋጋሚ እድገትን ለማግኘት የተለያዩ የቴክኒካዊ ቁጥጥር አካላት ጥምረት ይጠይቃል።