Тэхнічныя цяжкасці ў стабільным масавым вытворчасці высакаякасных карбід крэмніевых пласцін са стабільнай прадукцыйнасцю ўключаюць:
1) Паколькі крышталі павінны расці ў герметычным асяроддзі з высокай тэмпературай вышэй за 2000°C, патрабаванні да кантролю тэмпературы надзвычай высокія;
2) Паколькі карбід крэмнію мае больш за 200 крышталічных структур, але толькі некалькі структур монакрышталічнага карбіду крэмнію з'яўляюцца неабходнымі паўправадніковымі матэрыяламі, суадносіны крэмній-вуглярод, градыент тэмпературы росту і рост крышталяў неабходна дакладна кантраляваць падчас працэс росту крышталяў. Такія параметры, як хуткасць і ціск паветранага патоку;
3) У адпаведнасці з метадам перадачы паравой фазы, тэхналогія пашырэння дыяметра росту крышталяў карбіду крэмнія надзвычай складаная;
4) Цвёрдасць карбіду крэмнію блізкая да цвёрдасці алмаза, а метады рэзкі, шліфоўкі і паліроўкі складаныя.
Эпітаксіяльныя пласціны SiC: звычайна вырабляюцца метадам хімічнага нанясення з паравай фазы (CVD). У залежнасці ад розных тыпаў легіравання яны падзяляюцца на эпітаксіяльныя пласціны n-тыпу і p-тыпу. Айчынныя Hantian Tiancheng і Dongguan Tianyu ўжо могуць паставіць 4-цалевыя/6-цалевыя эпітаксіяльныя пласціны SiC. Для эпітаксіі SiC яе цяжка кантраляваць у полі высокага напружання, і якасць эпітаксіі SiC мае большы ўплыў на прылады з карбіду карбіда. Акрамя таго, эпітаксіяльнае абсталяванне манапалізавана чатырма вядучымі кампаніямі галіны: Axitron, LPE, TEL і Nuflare.
Эпітаксіяльны карбід крэмніюпласціна адносіцца да пласціны з карбіду крэмнію, у якой монакрышталічная плёнка (эпітаксіяльны пласт) з пэўнымі патрабаваннямі і такімі ж, што і крышталь падкладкі, вырошчваецца на зыходнай падкладцы з карбіду крэмнію. Для эпітаксійнага росту ў асноўным выкарыстоўваецца абсталяванне CVD (хімічнае асаджэнне з паравай фазы) або абсталяванне MBE (малекулярна-прамянёвая эпітаксія). Паколькі прылады з карбіду крэмнію вырабляюцца непасрэдна ў эпітаксіяльным пласце, якасць эпітаксіяльнага пласта непасрэдна ўплывае на прадукцыйнасць і выхад прылады. Па меры таго, як прылада вытрымлівае напружанне, таўшчыня адпаведнага эпітаксіяльнага пласта становіцца тоўшчы, а кантроль становіцца больш складаным. Як правіла, калі напружанне каля 600 В, неабходная таўшчыня эпітаксіяльнага пласта складае каля 6 мікрон; калі напружанне знаходзіцца ў межах 1200-1700 В, неабходная таўшчыня эпитаксиального пласта дасягае 10-15 мікрон. Калі напружанне дасягае больш за 10 000 вольт, можа спатрэбіцца таўшчыня эпитаксиального пласта больш за 100 мікрон. Паколькі таўшчыня эпітаксіяльнага пласта працягвае павялічвацца, становіцца ўсё цяжэй кантраляваць аднастайнасць таўшчыні і ўдзельнага супраціву і шчыльнасць дэфектаў.
SiC-прылады: на міжнародным узроўні, 600~1700V SiC SBD і MOSFET былі індустрыялізаваны. Асноўная прадукцыя працуе пры напружанні ніжэй за 1200 В і ў асноўным выкарыстоўвае ўпакоўку TO. З пункту гледжання цэнаўтварэння, прадукты з карбіду карбіду на міжнародным рынку каштуюць прыкладна ў 5-6 разоў вышэй, чым іх аналогі з крэмнію. Аднак штогод кошты зніжаюцца на 10%. з пашырэннем вытворчасці матэрыялаў і прылад у бліжэйшыя 2-3 гады прапанова на рынку будзе павялічвацца, што прывядзе да далейшага зніжэння коштаў. Чакаецца, што калі цана ў 2-3 разы перавышае цану прадуктаў Si, перавагі, звязаныя з памяншэннем выдаткаў на сістэму і павышэннем прадукцыйнасці, паступова прымусяць SiC заняць рынкавую прастору прылад Si.
Традыцыйная ўпакоўка заснавана на падкладках на аснове крэмнія, у той час як паўправадніковыя матэрыялы трэцяга пакалення патрабуюць цалкам новага дызайну. Выкарыстанне традыцыйных упаковачных структур на аснове крэмнію для шырокапалосных прылад харчавання можа выклікаць новыя праблемы і праблемы, звязаныя з частатой, кіраваннем тэмпературай і надзейнасцю. SiC сілавыя прылады больш адчувальныя да паразітнай ёмістасці і індуктыўнасці. У параўнанні з прыладамі Si, чыпы харчавання з SiC маюць больш высокую хуткасць пераключэння, што можа прывесці да перавышэння, ваганняў, павелічэння страт пры пераключэнні і нават няспраўнасці прылады. Акрамя таго, сілавыя прылады SiC працуюць пры больш высокіх тэмпературах, што патрабуе больш дасканалых метадаў кіравання тэмпературай.
Мноства розных структур было распрацавана ў галіне шыроказонных паўправадніковых камплектуючых электраэнергіі. Традыцыйная ўпакоўка сілавога модуля на аснове Si больш не падыходзіць. Каб вырашыць праблемы высокіх паразітарных параметраў і нізкай эфектыўнасці рассейвання цяпла традыцыйнай упакоўкі сілавога модуля на аснове Si, упакоўка сілавога модуля з SiC выкарыстоўвае ў сваёй структуры тэхналогію бесправаднога злучэння і двухбаковага астуджэння, а таксама выкарыстоўвае матэрыялы падкладкі з лепшай цеплавой здольнасцю. праводнасці, і паспрабаваў інтэграваць развязваючыя кандэнсатары, датчыкі тэмпературы/току і схемы прывада ў структуру модуля, а таксама распрацаваў мноства розных тэхналогій упакоўкі модуляў. Больш за тое, існуюць высокія тэхнічныя бар'еры для вытворчасці прылад SiC і высокія выдаткі вытворчасці.
Прылады з карбіду крэмнія вырабляюцца шляхам нанясення эпітаксіяльных слаёў на падкладку з карбіду крэмнія з дапамогай CVD. Працэс уключае ачыстку, акісленне, фоталітаграфію, тручэнне, выдаленне фотарэзіста, іённую імплантацыю, хімічнае асаджэнне нітрыду крэмнію з пароў, паліроўку, напыленне і наступныя этапы апрацоўкі для фарміравання структуры прылады на монакрышталічнай падкладцы SiC. Асноўныя тыпы сілкавальных прылад SiC ўключаюць SiC-дыёды, SiC-транзістары і сілавыя модулі SiC. З-за такіх фактараў, як нізкая хуткасць вытворчасці матэрыялу і нізкая рэнтабельнасць, прылады з карбіду крэмнію маюць адносна высокія выдаткі на вытворчасць.
Акрамя таго, вытворчасць прылад з карбіду крэмнію мае пэўныя тэхнічныя складанасці:
1) Неабходна распрацаваць пэўны працэс, які адпавядае характарыстыкам матэрыялаў з карбіду крэмнію. Напрыклад: SiC мае высокую тэмпературу плаўлення, што робіць традыцыйную цеплавую дыфузію неэфектыўнай. Неабходна выкарыстоўваць метад легіравання іённай імплантацыяй і дакладна кантраляваць такія параметры, як тэмпература, хуткасць нагрэву, працягласць і паток газу; SiC інэртны да хімічных растваральнікаў. Неабходна выкарыстоўваць такія метады, як сухое тручэнне, а таксама аптымізаваць і развіваць матэрыялы маскі, газавыя сумесі, кантроль нахілу бакавіны, хуткасці тручэння, шурпатасці бакавіны і г.д.;
2) Вытворчасць металічных электродаў на пласцінах з карбіду крэмнію патрабуе кантактнага супраціўлення ніжэй за 10-5Ω2. Электродныя матэрыялы, якія адпавядаюць патрабаванням, Ni і Al, маюць дрэнную тэрмічную стабільнасць пры тэмпературы вышэй за 100°C, але Al/Ni мае лепшую тэрмічную стабільнасць. Удзельнае кантактнае супраціўленне кампазітнага электроднага матэрыялу /W/Au на 10-3Ω2 вышэй;
3) SiC мае высокі знос пры рэзанні, а цвёрдасць SiC саступае толькі алмазу, што прад'яўляе больш высокія патрабаванні да рэзкі, шліфоўкі, паліроўкі і іншых тэхналогій.
Акрамя таго, траншэйныя карбід крэмнія сілавыя прылады больш складаныя ў вырабе. У адпаведнасці з рознымі структурамі прылады сілавыя прылады з карбіду крэмнію можна ў асноўным падзяліць на плоскія прылады і траншэйныя прылады. Планарныя сілавыя прылады з карбіду крэмнію маюць добрую кансістэнцыю і просты вытворчы працэс, але схільныя да эфекту JFET і маюць высокую паразітную ёмістасць і супраціўленне ў адкрытым стане. У параўнанні з плоскімі прыладамі, канаўныя карбідна-крэмніевыя сілавыя прылады маюць меншую кансістэнцыю адзінак і маюць больш складаны вытворчы працэс. Тым не менш, траншэйная структура спрыяе павелічэнню шчыльнасці прылады і з меншай верагоднасцю стварае эфект JFET, які спрыяе вырашэнню праблемы мабільнасці канала. Ён мае выдатныя ўласцівасці, такія як малое супраціўленне ўключэння, малая паразітная ёмістасць і нізкае спажыванне энергіі пры пераключэнні. Ён мае значныя перавагі ў кошце і прадукцыйнасці і стаў асноўным напрамкам распрацоўкі прылад харчавання з карбіду крэмнію. Згодна з афіцыйным вэб-сайтам Rohm, структура ROHM Gen3 (структура Gen1 Trench) займае толькі 75% плошчы чыпа Gen2 (Plannar2), а супраціўленне ўключэнню структуры ROHM Gen3 зніжана на 50% пры тым жа памеры чыпа.
Выдаткі на падкладку з карбіду крэмнія, эпітаксію, пачатковы канец, выдаткі на даследаванні і распрацоўкі і іншыя складаюць 47%, 23%, 19%, 6% і 5% кошту вырабу прылад з карбіду крэмнія адпаведна.
Нарэшце, мы засяродзімся на ліквідацыі тэхнічных бар'ераў падкладак у ланцужку вытворчасці карбіду крэмнію.
Працэс вытворчасці падкладак з карбіду крэмнію аналагічны працэсу вытворчасці падкладак на аснове крэмнію, але больш складаны.
Працэс вытворчасці падкладкі з карбіду крэмнію звычайна ўключае сінтэз сыравіны, вырошчванне крышталяў, апрацоўку зліткаў, рэзку зліткаў, шліфоўку пласцін, паліроўку, ачыстку і іншыя звёны.
Стадыя росту крышталяў з'яўляецца ядром усяго працэсу, і гэтая стадыя вызначае электрычныя ўласцівасці падкладкі з карбіду крэмнію.
Матэрыялы з карбіду крэмнію цяжка вырошчваць у вадкай фазе ў звычайных умовах. Папулярны сёння на рынку метад росту ў паравой фазе мае тэмпературу росту вышэй за 2300°C і патрабуе дакладнага кантролю тэмпературы росту. Увесь працэс аперацыі практычна цяжка назіраць. Нязначная памылка прывядзе да скасавання прадукту. Для параўнання, крамянёвыя матэрыялы патрабуюць толькі 1600 ℃, што значна ніжэй. Падрыхтоўка падкладак з карбіду крэмнія таксама сутыкаецца з такімі цяжкасцямі, як павольны рост крышталя і высокія патрабаванні да формы крышталя. Вырошчванне пласціны з карбіду крэмнію займае ад 7 да 10 дзён, у той час як выцягванне крэмніевага стрыжня займае ўсяго 2 з паловай дні. Больш за тое, карбід крэмнію - гэта матэрыял, цвёрдасць якога саступае толькі алмазу. Ён страціць шмат падчас рэзкі, шліфоўкі і паліроўкі, а каэфіцыент выхаду складае ўсяго 60%.
Мы ведаем, што тэндэнцыя заключаецца ў павелічэнні памеру падкладак з карбіду крэмнія, паколькі памер працягвае павялічвацца, патрабаванні да тэхналогіі пашырэння дыяметра становяцца ўсё вышэй і вышэй. Гэта патрабуе камбінацыі розных элементаў тэхнічнага кантролю для дасягнення ітэрацыйнага росту крышталяў.
Час размяшчэння: 22 мая 2024 г