První generaci polovodičových materiálů představují tradiční křemík (Si) a germanium (Ge), které jsou základem výroby integrovaných obvodů. Jsou široce používány v nízkonapěťových, nízkofrekvenčních a nízkovýkonových tranzistorech a detektorech. Více než 90 % polovodičových produktů je vyrobeno z materiálů na bázi křemíku;
Polovodičové materiály druhé generace jsou reprezentovány arsenidem galia (GaAs), fosfidem india (InP) a fosfidem galia (GaP). Ve srovnání se zařízeními na bázi křemíku mají vysokofrekvenční a vysokorychlostní optoelektronické vlastnosti a jsou široce používány v oblastech optoelektroniky a mikroelektroniky. ;
Třetí generaci polovodičových materiálů představují nově vznikající materiály jako karbid křemíku (SiC), nitrid galia (GaN), oxid zinečnatý (ZnO), diamant (C) a nitrid hliníku (AlN).
Karbid křemíkuje důležitým základním materiálem pro rozvoj polovodičového průmyslu třetí generace. Napájecí zařízení z karbidu křemíku mohou efektivně splnit požadavky na vysokou účinnost, miniaturizaci a nízkou hmotnost výkonových elektronických systémů díky své vynikající odolnosti vůči vysokému napětí, vysoké teplotě, nízkým ztrátám a dalším vlastnostem.
Očekává se, že díky svým vynikajícím fyzikálním vlastnostem: vysoká zakázaná pásma (odpovídající vysokému průraznému elektrickému poli a vysoké hustotě výkonu), vysoké elektrické vodivosti a vysoké tepelné vodivosti se v budoucnu stane nejrozšířenějším základním materiálem pro výrobu polovodičových čipů. . Zejména v oblastech nových energetických vozidel, výroby fotovoltaické energie, železniční dopravy, inteligentních sítí a dalších oblastech má zjevné výhody.
Výrobní proces SiC je rozdělen do tří hlavních kroků: růst monokrystalu SiC, růst epitaxní vrstvy a výroba zařízení, které odpovídají čtyřem hlavním článkům průmyslového řetězce:substrát, epitaxe, zařízení a moduly.
Hlavní způsob výroby substrátů nejprve používá fyzikální metodu sublimace par k sublimaci prášku ve vysokoteplotním vakuovém prostředí a k růstu krystalů karbidu křemíku na povrchu zárodečného krystalu řízením teplotního pole. Při použití plátku z karbidu křemíku jako substrátu se chemické nanášení par používá k nanesení vrstvy monokrystalu na plátek za účelem vytvoření epitaxního plátku. Mezi nimi lze z narůstání epitaxní vrstvy karbidu křemíku na vodivém substrátu karbidu křemíku vytvořit energetická zařízení, která se používají hlavně v elektrických vozidlech, fotovoltaice a dalších oborech; rostoucí epitaxní vrstva nitridu galia na poloizolačnísubstrát z karbidu křemíkulze dále přeměnit na radiofrekvenční zařízení používaná v 5G komunikaci a dalších oblastech.
Substráty z karbidu křemíku mají prozatím nejvyšší technické bariéry v průmyslovém řetězci karbidu křemíku a substráty z karbidu křemíku se vyrábějí nejobtížněji.
Úzké místo výroby SiC nebylo zcela vyřešeno a kvalita krystalových sloupků suroviny je nestabilní a existuje problém s výtěžností, což vede k vysokým nákladům na SiC zařízení. Křemíkový materiál trvá v průměru jen 3 dny, než vyroste do krystalové tyčinky, ale trvá týden, než se krystalová tyčinka z karbidu křemíku. Běžná tyč z křemíkového krystalu může narůst do délky 200 cm, ale tyč z krystalu karbidu křemíku může dorůst pouze do délky 2 cm. Kromě toho je SiC sám o sobě tvrdým a křehkým materiálem a destičky z něj vyrobené jsou náchylné k odlamování hran při použití tradičního mechanického řezání destiček na kostičky, což ovlivňuje výtěžnost a spolehlivost produktu. Substráty SiC se velmi liší od tradičních křemíkových ingotů a vše od zařízení, procesů, zpracování až po řezání je třeba vyvinout, aby bylo možné zpracovávat karbid křemíku.
Průmyslový řetězec karbidu křemíku je rozdělen hlavně do čtyř hlavních článků: substrát, epitaxe, zařízení a aplikace. Substrátové materiály jsou základem průmyslového řetězce, epitaxní materiály jsou klíčem k výrobě zařízení, zařízení jsou jádrem průmyslového řetězce a aplikace jsou hnací silou průmyslového rozvoje. Upstream průmysl používá suroviny k výrobě substrátových materiálů pomocí fyzikálních metod sublimace par a dalších metod a poté používá metody chemické depozice z par a další metody k růstu epitaxních materiálů. Střední průmysl používá upstream materiály k výrobě radiofrekvenčních zařízení, napájecích zařízení a dalších zařízení, která se nakonec používají v navazujících komunikacích 5G. , elektrická vozidla, železniční doprava atd. Mezi nimi substrát a epitaxe představují 60 % nákladů průmyslového řetězce a jsou hlavní hodnotou průmyslového řetězce.
Substrát SiC: Krystaly SiC se obvykle vyrábějí metodou Lely. Mezinárodní mainstreamové produkty přecházejí ze 4 palců na 6 palců a byly vyvinuty 8palcové produkty s vodivým substrátem. Domácí substráty jsou převážně 4 palce. Vzhledem k tomu, že stávající výrobní linky na výrobu 6palcových křemíkových plátků lze upgradovat a transformovat tak, aby vyráběly SiC zařízení, bude vysoký tržní podíl 6palcových SiC substrátů zachován po dlouhou dobu.
Proces substrátu z karbidu křemíku je složitý a obtížně vyrobitelný. Substrát karbidu křemíku je složený polovodičový monokrystalový materiál složený ze dvou prvků: uhlíku a křemíku. V současné době průmysl používá hlavně vysoce čistý uhlíkový prášek a vysoce čistý křemíkový prášek jako suroviny pro syntézu prášku karbidu křemíku. Ve speciálním teplotním poli se metoda vyzrálého fyzikálního přenosu páry (metoda PVT) používá k pěstování karbidu křemíku různých velikostí v peci pro růst krystalů. Krystalový ingot je nakonec zpracován, řezán, broušen, leštěn, čištěn a dalšími vícenásobnými procesy vyroben substrát z karbidu křemíku.
Čas odeslání: 22. května 2024