Den første generation af halvledermaterialer er repræsenteret af traditionel silicium (Si) og germanium (Ge), som er grundlaget for fremstilling af integrerede kredsløb. De er meget udbredt i lavspændings-, lavfrekvente- og laveffekttransistorer og detektorer. Mere end 90 % af halvlederprodukterne er lavet af siliciumbaserede materialer;
Anden generation af halvledermaterialer er repræsenteret af galliumarsenid (GaAs), indiumphosphid (InP) og galliumphosphid (GaP). Sammenlignet med siliciumbaserede enheder har de højfrekvente og højhastigheds optoelektroniske egenskaber og er meget udbredt inden for optoelektronik og mikroelektronik. ;
Den tredje generation af halvledermaterialer er repræsenteret af nye materialer som siliciumcarbid (SiC), galliumnitrid (GaN), zinkoxid (ZnO), diamant (C) og aluminiumnitrid (AlN).
Siliciumcarbider et vigtigt grundmateriale for udviklingen af tredjegenerations halvlederindustrien. Siliciumcarbid-kraftenheder kan effektivt opfylde de høje effektivitets-, miniaturiserings- og letvægtskrav til kraftelektroniske systemer med deres fremragende højspændingsmodstand, højtemperaturmodstand, lave tab og andre egenskaber.
På grund af dets overlegne fysiske egenskaber: højt båndgab (svarende til højt elektrisk nedbrydningsfelt og høj effekttæthed), høj elektrisk ledningsevne og høj termisk ledningsevne, forventes det at blive det mest udbredte basismateriale til fremstilling af halvlederchips i fremtiden . Især inden for nye energikøretøjer, fotovoltaisk elproduktion, jernbanetransit, smarte net og andre områder har det åbenlyse fordele.
SiC-produktionsprocessen er opdelt i tre hovedtrin: SiC-enkeltkrystalvækst, epitaksial lagvækst og enhedsfremstilling, som svarer til de fire hovedled i den industrielle kæde:substrat, epitaksi, enheder og moduler.
Mainstream-metoden til fremstilling af substrater bruger først den fysiske dampsublimeringsmetode til at sublimere pulveret i et højtemperaturvakuummiljø og dyrke siliciumcarbidkrystaller på overfladen af frøkrystallen gennem styring af et temperaturfelt. Ved at bruge en siliciumcarbidwafer som et substrat bruges kemisk dampaflejring til at afsætte et lag af enkeltkrystal på waferen for at danne en epitaksial wafer. Blandt dem kan dyrkning af et epitaksialt siliciumcarbidlag på et ledende siliciumcarbidsubstrat gøres til strømenheder, som hovedsageligt bruges i elektriske køretøjer, solcelleanlæg og andre områder; dyrkning af et epitaksialt galliumnitridlag på en semi-isolerendesiliciumcarbid substratkan yderligere gøres til radiofrekvensenheder, der bruges i 5G-kommunikation og andre områder.
For nu har siliciumcarbidsubstrater de højeste tekniske barrierer i siliciumcarbidindustrikæden, og siliciumcarbidsubstrater er de sværeste at fremstille.
Produktionsflaskehalsen for SiC er ikke løst fuldstændigt, og kvaliteten af råmaterialets krystalsøjler er ustabil, og der er et udbytteproblem, som fører til de høje omkostninger ved SiC-enheder. Det tager kun i gennemsnit 3 dage for siliciummateriale at vokse til en krystalstav, men det tager en uge for en siliciumkarbidkrystalstav. En generel siliciumkrystalstang kan blive 200 cm lang, men en siliciumkarbidkrystalstang kan kun blive 2 cm lang. Ydermere er SiC i sig selv et hårdt og skørt materiale, og wafere lavet af det er tilbøjelige til kantafhugning, når der bruges traditionel mekanisk skærende wafer-terninger, hvilket påvirker produktudbyttet og pålideligheden. SiC-substrater er meget forskellige fra traditionelle siliciumbarrer, og alt fra udstyr, processer, forarbejdning til skæring skal udvikles til at håndtere siliciumcarbid.
Siliciumcarbidindustriens kæde er hovedsageligt opdelt i fire hovedled: substrat, epitaksi, enheder og applikationer. Substratmaterialer er grundlaget for industrikæden, epitaksiale materialer er nøglen til fremstilling af enheder, enheder er kernen i industrikæden, og applikationer er drivkraften for industriel udvikling. Opstrømsindustrien bruger råmaterialer til at fremstille substratmaterialer gennem fysiske dampsublimeringsmetoder og andre metoder og bruger derefter kemiske dampaflejringsmetoder og andre metoder til at dyrke epitaksiale materialer. Midstream-industrien bruger upstream-materialer til at fremstille radiofrekvensenheder, strømenheder og andre enheder, som i sidste ende bruges i downstream 5G-kommunikation. , elektriske køretøjer, jernbanetransit osv. Blandt dem står substrat og epitaksi for 60 % af omkostningerne ved industrikæden og er industrikædens hovedværdi.
SiC-substrat: SiC-krystaller fremstilles normalt ved hjælp af Lely-metoden. Internationale mainstream-produkter går fra 4 tommer til 6 tommer, og 8-tommer ledende substratprodukter er blevet udviklet. Indenlandske underlag er hovedsageligt 4 tommer. Da de eksisterende 6-tommer silicium wafer-produktionslinjer kan opgraderes og transformeres til at producere SiC-enheder, vil den høje markedsandel for 6-tommer SiC-substrater blive opretholdt i lang tid.
Siliciumcarbidsubstratprocessen er kompleks og vanskelig at fremstille. Siliciumcarbidsubstrat er et sammensat halvleder-enkeltkrystalmateriale sammensat af to elementer: kulstof og silicium. På nuværende tidspunkt bruger industrien hovedsageligt højrent kulstofpulver og højrent siliciumpulver som råmaterialer til at syntetisere siliciumcarbidpulver. Under et særligt temperaturfelt bruges den modne fysiske damptransmissionsmetode (PVT-metoden) til at dyrke siliciumcarbid af forskellige størrelser i en krystalvækstovn. Krystalbarren behandles til sidst, skæres, males, poleres, renses og andre flere processer for at fremstille et siliciumcarbidsubstrat.
Indlægstid: 22. maj 2024