Mae’r anawsterau technegol wrth fasgynhyrchu wafferi carbid silicon o ansawdd uchel gyda pherfformiad sefydlog yn cynnwys:
1) Gan fod angen i grisialau dyfu mewn amgylchedd tymheredd uchel wedi'i selio uwchlaw 2000 ° C, mae'r gofynion rheoli tymheredd yn uchel iawn;
2) Gan fod gan carbid silicon fwy na 200 o strwythurau crisial, ond dim ond ychydig o strwythurau o garbid silicon un-grisial yw'r deunyddiau lled-ddargludyddion gofynnol, mae angen rheoli'r gymhareb silicon-i-garbon, graddiant tymheredd twf, a thwf grisial yn fanwl gywir yn ystod y broses twf grisial. Paramedrau megis cyflymder a phwysau llif aer;
3) O dan y dull trosglwyddo cyfnod anwedd, mae technoleg ehangu diamedr twf grisial carbid silicon yn hynod o anodd;
4) Mae caledwch carbid silicon yn agos at galedwch diemwnt, ac mae technegau torri, malu a chaboli yn anodd.
Wafferi epitaxial SiC: a weithgynhyrchir fel arfer trwy ddull dyddodiad anwedd cemegol (CVD). Yn ôl gwahanol fathau o gyffuriau, fe'u rhennir yn wafferi epitaxial math n a p-math. Gall Hantian Tiancheng Domestig a Dongguan Tianyu eisoes ddarparu wafferi epitaxial SiC 4 modfedd/6 modfedd. Ar gyfer SiC epitaxy, mae'n anodd ei reoli yn y maes foltedd uchel, ac mae ansawdd epitaxy SiC yn cael mwy o effaith ar ddyfeisiau SiC. Ar ben hynny, mae offer epitaxial yn cael ei fonopoleiddio gan y pedwar cwmni blaenllaw yn y diwydiant: Axitron, LPE, TEL a Nuflare.
Silicon carbide epitaxialMae wafer yn cyfeirio at wafer carbid silicon lle mae ffilm grisial sengl (haen epitaxial) gyda rhai gofynion ac yr un fath â'r grisial swbstrad yn cael ei dyfu ar y swbstrad carbid silicon gwreiddiol. Mae twf epitacsiaidd yn bennaf yn defnyddio offer CVD (Dadodiad Anwedd Cemegol, ) neu offer MBE (Molecular Beam Epitaxy). Gan fod dyfeisiau carbid silicon yn cael eu cynhyrchu'n uniongyrchol yn yr haen epitaxial, mae ansawdd yr haen epitaxial yn effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad a chynnyrch y ddyfais. Wrth i'r foltedd wrthsefyll perfformiad y ddyfais barhau i gynyddu, mae trwch yr haen epitaxial cyfatebol yn dod yn fwy trwchus ac mae'r rheolaeth yn dod yn fwy anodd.Yn gyffredinol, pan fydd y foltedd tua 600V, mae'r trwch haen epitaxial gofynnol tua 6 micron; pan fo'r foltedd rhwng 1200-1700V, mae'r trwch haen epitaxial gofynnol yn cyrraedd 10-15 micron. Os yw'r foltedd yn cyrraedd mwy na 10,000 folt, efallai y bydd angen trwch haen epitaxial o fwy na 100 micron. Wrth i drwch yr haen epitaxial barhau i gynyddu, mae'n dod yn fwyfwy anodd rheoli trwch a gwrthedd unffurfiaeth a dwysedd diffygion.
Dyfeisiau SiC: Yn rhyngwladol, mae 600 ~ 1700V SiC SBD a MOSFET wedi'u diwydiannu. Mae'r cynhyrchion prif ffrwd yn gweithredu ar lefelau foltedd o dan 1200V ac yn mabwysiadu pecynnu TO yn bennaf. O ran prisio, mae cynhyrchion SiC ar y farchnad ryngwladol tua 5-6 gwaith yn uwch na'u cymheiriaid Si. Fodd bynnag, mae prisiau'n gostwng ar gyfradd flynyddol o 10%. gydag ehangu deunyddiau i fyny'r afon a chynhyrchu dyfeisiau yn y 2-3 blynedd nesaf, bydd cyflenwad y farchnad yn cynyddu, gan arwain at ostyngiadau pellach mewn prisiau. Disgwylir, pan fydd y pris yn cyrraedd 2-3 gwaith yn fwy na chynhyrchion Si, y bydd y manteision a ddaw yn sgil costau system is a pherfformiad gwell yn ysgogi SiC yn raddol i feddiannu gofod marchnad dyfeisiau Si.
Mae pecynnu traddodiadol yn seiliedig ar swbstradau silicon, tra bod angen dyluniad cwbl newydd ar ddeunyddiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth. Gall defnyddio strwythurau pecynnu traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon ar gyfer dyfeisiau pŵer band eang gyflwyno materion a heriau newydd sy'n ymwneud ag amlder, rheolaeth thermol a dibynadwyedd. Mae dyfeisiau pŵer SiC yn fwy sensitif i gynhwysedd parasitig ac anwythiad. O'u cymharu â dyfeisiau Si, mae gan sglodion pŵer SiC gyflymder newid cyflymach, a all arwain at or-saethu, osciliad, mwy o golledion newid, a hyd yn oed camweithrediad dyfeisiau. Yn ogystal, mae dyfeisiau pŵer SiC yn gweithredu ar dymheredd uwch, sy'n gofyn am dechnegau rheoli thermol mwy datblygedig.
Mae amrywiaeth o wahanol strwythurau wedi'u datblygu ym maes pecynnu pŵer lled-ddargludyddion bandgap eang. Nid yw pecynnu modiwl pŵer traddodiadol sy'n seiliedig ar Si bellach yn addas. Er mwyn datrys problemau paramedrau parasitig uchel ac effeithlonrwydd afradu gwres gwael pecynnu modiwl pŵer traddodiadol SiC, mae pecynnu modiwl pŵer SiC yn mabwysiadu rhyng-gysylltiad diwifr a thechnoleg oeri dwy ochr yn ei strwythur, ac mae hefyd yn mabwysiadu'r deunyddiau swbstrad gyda gwell thermol. dargludedd, a cheisiodd integreiddio cynwysyddion datgysylltu, synwyryddion tymheredd / cerrynt, a chylchedau gyrru i mewn i strwythur y modiwl, a datblygu amrywiaeth o wahanol dechnolegau pecynnu modiwl. At hynny, mae rhwystrau technegol uchel i weithgynhyrchu dyfeisiau SiC ac mae costau cynhyrchu yn uchel.
Cynhyrchir dyfeisiau silicon carbid trwy adneuo haenau epitaxial ar swbstrad carbid silicon trwy CVD. Mae'r broses yn cynnwys glanhau, ocsidiad, ffotolithograffeg, ysgythru, tynnu ffotoresist, mewnblannu ïon, dyddodiad anwedd cemegol o nitrid silicon, caboli, sputtering, a chamau prosesu dilynol i ffurfio strwythur y ddyfais ar y swbstrad grisial sengl SiC. Mae'r prif fathau o ddyfeisiau pŵer SiC yn cynnwys deuodau SiC, transistorau SiC, a modiwlau pŵer SiC. Oherwydd ffactorau megis cyflymder cynhyrchu deunydd araf i fyny'r afon a chyfraddau cynnyrch isel, mae gan ddyfeisiau carbid silicon gostau gweithgynhyrchu cymharol uchel.
Yn ogystal, mae gan weithgynhyrchu dyfeisiau carbid silicon rai anawsterau technegol:
1) Mae angen datblygu proses benodol sy'n gyson â nodweddion deunyddiau carbid silicon. Er enghraifft: Mae gan SiC bwynt toddi uchel, sy'n gwneud trylediad thermol traddodiadol yn aneffeithiol. Mae angen defnyddio dull dopio mewnblannu ïon a rheoli paramedrau megis tymheredd, cyfradd gwresogi, hyd, a llif nwy yn gywir; Mae SiC yn anadweithiol i doddyddion cemegol. Dylid defnyddio dulliau megis ysgythru sych, a dylid optimeiddio a datblygu deunyddiau mwgwd, cymysgeddau nwy, rheoli llethr wal ochr, cyfradd ysgythru, garwedd wal ochr, ac ati;
2) Mae gweithgynhyrchu electrodau metel ar wafferi carbid silicon yn gofyn am ymwrthedd cyswllt o dan 10-5Ω2. Mae gan y deunyddiau electrod sy'n bodloni'r gofynion, Ni ac Al, sefydlogrwydd thermol gwael uwchlaw 100 ° C, ond mae gan Al / Ni sefydlogrwydd thermol gwell. Mae gwrthiant cyswllt penodol deunydd electrod cyfansawdd / W/Au 10-3Ω2 yn uwch;
3) Mae gan SiC draul torri uchel, ac mae caledwch SiC yn ail yn unig i ddiamwnt, sy'n cyflwyno gofynion uwch ar gyfer torri, malu, caboli a thechnolegau eraill.
Ar ben hynny, mae dyfeisiau pŵer carbid silicon ffos yn anoddach i'w cynhyrchu. Yn ôl gwahanol strwythurau dyfeisiau, gellir rhannu dyfeisiau pŵer carbid silicon yn bennaf yn ddyfeisiadau planar a dyfeisiau ffos. Mae gan ddyfeisiau pŵer carbid silicon planar gysondeb uned da a phroses weithgynhyrchu syml, ond maent yn dueddol o gael effaith JFET ac mae ganddynt gynhwysedd parasitig uchel ac ymwrthedd ar y wladwriaeth. O'u cymharu â dyfeisiau planar, mae gan ddyfeisiau pŵer carbid silicon ffos gysondeb uned is ac mae ganddynt broses weithgynhyrchu fwy cymhleth. Fodd bynnag, mae strwythur y ffos yn ffafriol i gynyddu dwysedd uned y ddyfais ac mae'n llai tebygol o gynhyrchu effaith JFET, sy'n fuddiol i ddatrys problem symudedd sianel. Mae ganddo briodweddau rhagorol megis gwrth-ymwrthedd bach, cynhwysedd parasitig bach, a defnydd isel o ynni newid. Mae ganddo fanteision cost a pherfformiad sylweddol ac mae wedi dod yn gyfeiriad prif ffrwd datblygiad dyfeisiau pŵer carbid silicon. Yn ôl gwefan swyddogol Rohm, dim ond 75% o ardal sglodion Gen2 (Plannar2) yw strwythur ROHM Gen3 (strwythur Gen1 Trench), ac mae gwrth-wrthiant strwythur ROHM Gen3 yn cael ei leihau 50% o dan yr un maint sglodion.
Mae swbstrad silicon carbid, epitaxy, pen blaen, treuliau ymchwil a datblygu ac eraill yn cyfrif am 47%, 23%, 19%, 6% a 5% o gost gweithgynhyrchu dyfeisiau carbid silicon yn y drefn honno.
Yn olaf, byddwn yn canolbwyntio ar chwalu rhwystrau technegol swbstradau yn y gadwyn diwydiant carbid silicon.
Mae'r broses gynhyrchu o swbstradau silicon carbid yn debyg i'r un o swbstradau sy'n seiliedig ar silicon, ond yn fwy anodd.
Mae'r broses weithgynhyrchu o swbstrad carbid silicon yn gyffredinol yn cynnwys synthesis deunydd crai, twf grisial, prosesu ingot, torri ingot, malu wafferi, caboli, glanhau a chysylltiadau eraill.
Y cam twf grisial yw craidd y broses gyfan, ac mae'r cam hwn yn pennu priodweddau trydanol y swbstrad carbid silicon.
Mae deunyddiau silicon carbid yn anodd eu tyfu yn y cyfnod hylif o dan amodau arferol. Mae gan y dull twf cyfnod anwedd sy'n boblogaidd yn y farchnad heddiw dymheredd twf uwch na 2300 ° C ac mae angen rheolaeth fanwl gywir ar y tymheredd twf. Mae'r broses weithredu gyfan bron yn anodd ei arsylwi. Bydd gwall bach yn arwain at sgrapio cynnyrch. Mewn cymhariaeth, dim ond 1600 ℃ sydd ei angen ar ddeunyddiau silicon, sy'n llawer is. Mae paratoi swbstradau carbid silicon hefyd yn wynebu anawsterau megis twf crisial araf a gofynion ffurf grisial uchel. Mae twf wafferi silicon carbid yn cymryd tua 7 i 10 diwrnod, tra bod tynnu gwialen silicon yn cymryd 2 ddiwrnod a hanner yn unig. Ar ben hynny, mae carbid silicon yn ddeunydd y mae ei galedwch yn ail i ddiamwnt yn unig. Bydd yn colli llawer wrth dorri, malu a chaboli, a dim ond 60% yw'r gymhareb allbwn.
Gwyddom mai'r duedd yw cynyddu maint swbstradau carbid silicon, wrth i'r maint barhau i gynyddu, mae'r gofynion ar gyfer technoleg ehangu diamedr yn dod yn uwch ac yn uwch. Mae angen cyfuniad o wahanol elfennau rheoli technegol i gyflawni twf ailadroddol o grisialau.
Amser postio: Mai-22-2024