Η πρώτη γενιά υλικών ημιαγωγών αντιπροσωπεύεται από το παραδοσιακό πυρίτιο (Si) και το γερμάνιο (Ge), τα οποία αποτελούν τη βάση για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε τρανζίστορ και ανιχνευτές χαμηλής τάσης, χαμηλής συχνότητας και χαμηλής ισχύος. Πάνω από το 90% των προϊόντων ημιαγωγών είναι κατασκευασμένα από υλικά με βάση το πυρίτιο.
Τα υλικά ημιαγωγών δεύτερης γενιάς αντιπροσωπεύονται από το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs), το φωσφίδιο του ινδίου (InP) και το φωσφίδιο του γαλλίου (GaP). Σε σύγκριση με συσκευές με βάση το πυρίτιο, έχουν οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες υψηλής συχνότητας και υψηλής ταχύτητας και χρησιμοποιούνται ευρέως στους τομείς της οπτοηλεκτρονικής και της μικροηλεκτρονικής. ;
Η τρίτη γενιά υλικών ημιαγωγών αντιπροσωπεύεται από αναδυόμενα υλικά όπως το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN), το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO), το διαμάντι (C) και το νιτρίδιο του αργιλίου (AlN).
Καρβίδιο του πυριτίουαποτελεί σημαντικό βασικό υλικό για την ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών τρίτης γενιάς. Οι συσκευές ισχύος καρβιδίου του πυριτίου μπορούν να ανταποκριθούν αποτελεσματικά στις απαιτήσεις υψηλής απόδοσης, σμίκρυνσης και ελαφρού βάρους των ηλεκτρονικών συστημάτων ισχύος με την εξαιρετική αντίσταση στην υψηλή τάση, την αντίσταση σε υψηλή θερμοκρασία, τη χαμηλή απώλεια και άλλες ιδιότητες.
Λόγω των ανώτερων φυσικών του ιδιοτήτων: υψηλό διάκενο ζώνης (που αντιστοιχεί σε ηλεκτρικό πεδίο υψηλής διάσπασης και υψηλή πυκνότητα ισχύος), υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και υψηλή θερμική αγωγιμότητα, αναμένεται να γίνει το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο βασικό υλικό για την κατασκευή τσιπ ημιαγωγών στο μέλλον . Ειδικά στους τομείς των νέων ενεργειακών οχημάτων, της παραγωγής φωτοβολταϊκών, των σιδηροδρομικών μεταφορών, των έξυπνων δικτύων και άλλων τομέων, έχει προφανή πλεονεκτήματα.
Η διαδικασία παραγωγής SiC χωρίζεται σε τρία κύρια στάδια: ανάπτυξη μονοκρυστάλλου SiC, ανάπτυξη επιταξιακού στρώματος και κατασκευή συσκευών, τα οποία αντιστοιχούν στους τέσσερις κύριους κρίκους της βιομηχανικής αλυσίδας:υπόστρωμα, επιταξία, συσκευές και μονάδες.
Η κύρια μέθοδος κατασκευής υποστρωμάτων χρησιμοποιεί πρώτα τη μέθοδο εξάχνωσης φυσικού ατμού για την εξάχνωση της σκόνης σε περιβάλλον κενού υψηλής θερμοκρασίας και την ανάπτυξη κρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου μέσω του ελέγχου ενός πεδίου θερμοκρασίας. Χρησιμοποιώντας μια γκοφρέτα καρβιδίου του πυριτίου ως υπόστρωμα, η εναπόθεση χημικού ατμού χρησιμοποιείται για την εναπόθεση ενός στρώματος μονού κρυστάλλου στη γκοφρέτα για να σχηματιστεί μια επιταξιακή γκοφρέτα. Μεταξύ αυτών, η ανάπτυξη ενός επιταξιακού στρώματος καρβιδίου του πυριτίου σε ένα αγώγιμο υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να μετατραπεί σε συσκευές ισχύος, οι οποίες χρησιμοποιούνται κυρίως σε ηλεκτρικά οχήματα, φωτοβολταϊκά και άλλα πεδία. αναπτύσσοντας ένα επιταξιακό στρώμα νιτριδίου του γαλλίου σε ένα ημιμονωτικόυπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίουμπορεί περαιτέρω να μετατραπεί σε συσκευές ραδιοσυχνοτήτων, που χρησιμοποιούνται σε επικοινωνίες 5G και σε άλλους τομείς.
Προς το παρόν, τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου έχουν τα υψηλότερα τεχνικά εμπόδια στην αλυσίδα της βιομηχανίας καρβιδίου του πυριτίου και τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου είναι τα πιο δύσκολα στην παραγωγή.
Η συμφόρηση παραγωγής του SiC δεν έχει λυθεί πλήρως και η ποιότητα των πυλώνων κρυστάλλου πρώτης ύλης είναι ασταθής και υπάρχει πρόβλημα απόδοσης, το οποίο οδηγεί στο υψηλό κόστος των συσκευών SiC. Χρειάζονται μόνο 3 ημέρες κατά μέσο όρο για να αναπτυχθεί το υλικό πυριτίου σε κρυσταλλική ράβδο, αλλά χρειάζεται μια εβδομάδα για μια κρυσταλλική ράβδο καρβιδίου του πυριτίου. Μια γενική κρυσταλλική ράβδος πυριτίου μπορεί να έχει μήκος 200 cm, αλλά μια κρυσταλλική ράβδος καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να έχει μήκος μόνο 2 cm. Επιπλέον, το ίδιο το SiC είναι ένα σκληρό και εύθραυστο υλικό και οι γκοφρέτες που κατασκευάζονται από αυτό είναι επιρρεπείς στο θρυμματισμό των άκρων κατά τη χρήση παραδοσιακής μηχανικής κοπής γκοφρέτας, γεγονός που επηρεάζει την απόδοση και την αξιοπιστία του προϊόντος. Τα υποστρώματα SiC διαφέρουν πολύ από τα παραδοσιακά πλινθώματα πυριτίου και τα πάντα, από τον εξοπλισμό, τις διαδικασίες, την επεξεργασία έως την κοπή πρέπει να αναπτυχθούν για τον χειρισμό του καρβιδίου του πυριτίου.
Η αλυσίδα της βιομηχανίας καρβιδίου του πυριτίου χωρίζεται κυρίως σε τέσσερις κύριους κρίκους: υπόστρωμα, επιταξία, συσκευές και εφαρμογές. Τα υλικά υποστρώματος είναι το θεμέλιο της βιομηχανικής αλυσίδας, τα επιταξιακά υλικά είναι το κλειδί για την κατασκευή συσκευών, οι συσκευές είναι ο πυρήνας της αλυσίδας βιομηχανίας και οι εφαρμογές είναι η κινητήρια δύναμη για τη βιομηχανική ανάπτυξη. Η ανάντη βιομηχανία χρησιμοποιεί πρώτες ύλες για την παραγωγή υλικών υποστρώματος μέσω μεθόδων φυσικής εξάχνωσης ατμού και άλλων μεθόδων, και στη συνέχεια χρησιμοποιεί μεθόδους χημικής εναπόθεσης ατμών και άλλες μεθόδους για την ανάπτυξη επιταξιακών υλικών. Η βιομηχανία midstream χρησιμοποιεί ανοδικά υλικά για την κατασκευή συσκευών ραδιοσυχνοτήτων, συσκευών τροφοδοσίας και άλλων συσκευών, οι οποίες τελικά χρησιμοποιούνται στις μεταγενέστερες επικοινωνίες 5G. , ηλεκτρικά οχήματα, σιδηροδρομική διαμετακόμιση κ.λπ. Μεταξύ αυτών, το υπόστρωμα και η επιταξία αποτελούν το 60% του κόστους της αλυσίδας βιομηχανίας και αποτελούν την κύρια αξία της αλυσίδας του κλάδου.
Υπόστρωμα SiC: Οι κρύσταλλοι SiC κατασκευάζονται συνήθως με τη μέθοδο Lely. Τα διεθνή κύρια προϊόντα μεταβαίνουν από τις 4 ίντσες στις 6 ίντσες και έχουν αναπτυχθεί προϊόντα αγώγιμου υποστρώματος 8 ιντσών. Τα οικιακά υποστρώματα είναι κυρίως 4 ίντσες. Δεδομένου ότι οι υπάρχουσες γραμμές παραγωγής πλακιδίων πυριτίου 6 ιντσών μπορούν να αναβαθμιστούν και να μετατραπούν για την παραγωγή συσκευών SiC, το υψηλό μερίδιο αγοράς των υποστρωμάτων SiC 6 ιντσών θα διατηρηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Η διαδικασία του υποστρώματος καρβιδίου του πυριτίου είναι πολύπλοκη και δύσκολη στην παραγωγή. Το υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίου είναι ένα σύνθετο ημιαγώγιμο μονοκρυσταλλικό υλικό που αποτελείται από δύο στοιχεία: άνθρακα και πυρίτιο. Επί του παρόντος, η βιομηχανία χρησιμοποιεί κυρίως σκόνη άνθρακα υψηλής καθαρότητας και σκόνη πυριτίου υψηλής καθαρότητας ως πρώτες ύλες για τη σύνθεση σκόνης καρβιδίου του πυριτίου. Κάτω από ένα ειδικό πεδίο θερμοκρασίας, η μέθοδος μετάδοσης ώριμου φυσικού ατμού (μέθοδος PVT) χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη καρβιδίου του πυριτίου διαφορετικών μεγεθών σε έναν κλίβανο ανάπτυξης κρυστάλλων. Το κρυσταλλικό πλινθίο τελικώς επεξεργάζεται, κόβεται, αλέθεται, γυαλίζεται, καθαρίζεται και άλλες πολλαπλές διαδικασίες για την παραγωγή ενός υποστρώματος καρβιδίου του πυριτίου.
Ώρα δημοσίευσης: 22 Μαΐου 2024