Първото поколение полупроводникови материали е представено от традиционните силиций (Si) и германий (Ge), които са в основата на производството на интегрални схеми. Те се използват широко в нисковолтови, нискочестотни и маломощни транзистори и детектори. Повече от 90% от полупроводниковите продукти са изработени от материали на базата на силиций;
Второто поколение полупроводникови материали са представени от галиев арсенид (GaAs), индиев фосфид (InP) и галиев фосфид (GaP). В сравнение с базираните на силиций устройства, те имат високочестотни и високоскоростни оптоелектронни свойства и се използват широко в областта на оптоелектрониката и микроелектрониката. ;
Третото поколение полупроводникови материали е представено от нововъзникващи материали като силициев карбид (SiC), галиев нитрид (GaN), цинков оксид (ZnO), диамант (C) и алуминиев нитрид (AlN).
Силициев карбиде важен основен материал за развитието на полупроводниковата индустрия от трето поколение. Захранващите устройства от силициев карбид могат ефективно да отговорят на изискванията за висока ефективност, миниатюризация и лекота на силови електронни системи с тяхната отлична устойчивост на високо напрежение, устойчивост на висока температура, ниски загуби и други свойства.
Поради своите превъзходни физични свойства: голяма забранена лента (съответстваща на силно пробивно електрическо поле и висока плътност на мощността), висока електрическа проводимост и висока топлопроводимост, се очаква да стане най-широко използваният основен материал за производство на полупроводникови чипове в бъдеще . Особено в областта на новите енергийни превозни средства, фотоволтаичното производство на електроенергия, железопътния транзит, интелигентните мрежи и други области, той има очевидни предимства.
Производственият процес на SiC е разделен на три основни стъпки: растеж на монокристал на SiC, растеж на епитаксиален слой и производство на устройство, които съответстват на четирите основни звена на индустриалната верига:субстрат, епитаксия, устройства и модули.
Основният метод за производство на субстрати първо използва метода на физическа сублимация на пари за сублимиране на праха във вакуумна среда с висока температура и отглеждане на кристали от силициев карбид върху повърхността на зародишния кристал чрез контрол на температурно поле. Като се използва пластина от силициев карбид като субстрат, се използва химическо отлагане на пари за отлагане на слой от монокристал върху пластината, за да се образува епитаксиална пластина. Сред тях, отглеждането на епитаксиален слой от силициев карбид върху проводящ субстрат от силициев карбид може да се направи в захранващи устройства, които се използват главно в електрически превозни средства, фотоволтаици и други области; отглеждане на епитаксиален слой от галиев нитрид върху полуизолациясубстрат от силициев карбидмогат допълнително да бъдат направени в радиочестотни устройства, използвани в 5G комуникации и други области.
Засега субстратите от силициев карбид имат най-високите технически бариери във веригата на производството на силициев карбид, а субстратите от силициев карбид са най-трудните за производство.
Проблемът с производството на SiC не е напълно решен и качеството на кристалните стълбове на суровината е нестабилно и има проблем с добива, което води до високата цена на SiC устройствата. Необходими са средно само 3 дни, за да прерасне силициевият материал в кристална пръчка, но отнема седмица за кристална пръчка от силициев карбид. Общата пръчка от силициев кристал може да нарасне с дължина 200 cm, но пръчката от кристал от силициев карбид може да нарасне само с дължина 2 cm. Освен това, самият SiC е твърд и чуплив материал и направените от него пластини са склонни към начупване на ръбовете при използване на традиционно механично рязане на кубчета, което се отразява на добива и надеждността на продукта. SiC субстратите са много различни от традиционните силициеви слитъци и всичко от оборудване, процеси, обработка до рязане трябва да бъде разработено за работа със силициев карбид.
Веригата на индустрията за силициев карбид е разделена главно на четири основни звена: субстрат, епитаксия, устройства и приложения. Субстратните материали са в основата на индустриалната верига, епитаксиалните материали са ключът към производството на устройства, устройствата са сърцевината на индустриалната верига, а приложенията са движещата сила за индустриалното развитие. Индустрията нагоре по веригата използва суровини за производство на субстратни материали чрез методи за физическа сублимация на пари и други методи, а след това използва методи за химическо отлагане на пари и други методи за отглеждане на епитаксиални материали. Средната индустрия използва материали нагоре по веригата, за да направи радиочестотни устройства, захранващи устройства и други устройства, които в крайна сметка се използват в 5G комуникации надолу по веригата. , електрически превозни средства, железопътен транзит и др. Сред тях субстратът и епитаксият представляват 60% от разходите на индустриалната верига и са основната стойност на индустриалната верига.
SiC субстрат: SiC кристалите обикновено се произвеждат по метода на Lely. Международните основни продукти преминават от 4 инча към 6 инча и са разработени 8-инчови проводими субстратни продукти. Домашните субстрати са предимно 4 инча. Тъй като съществуващите линии за производство на 6-инчови силициеви пластини могат да бъдат надградени и трансформирани за производство на SiC устройства, високият пазарен дял на 6-инчовите SiC субстрати ще се запази за дълго време.
Процесът на субстрат от силициев карбид е сложен и труден за производство. Субстратът от силициев карбид е сложен полупроводников монокристален материал, съставен от два елемента: въглерод и силиций. В момента индустрията използва главно въглероден прах с висока чистота и силициев прах с висока чистота като суровини за синтезиране на прах от силициев карбид. При специално температурно поле зрелият метод за физическо предаване на пари (PVT метод) се използва за отглеждане на силициев карбид с различни размери в пещ за отглеждане на кристали. Кристалният слитък накрая се обработва, изрязва, шлифова, полира, почиства и извършва други множество процеси, за да се получи субстрат от силициев карбид.
Време на публикуване: 22 май 2024 г