La primera generación de materiales semiconductores está representada por los tradicionales silicio (Si) y germanio (Ge), que son la base para la fabricación de circuitos integrados. Se utilizan ampliamente en transistores y detectores de bajo voltaje, baja frecuencia y baja potencia. Más del 90% de los productos semiconductores están fabricados con materiales a base de silicio;
Los materiales semiconductores de segunda generación están representados por el arseniuro de galio (GaAs), el fosfuro de indio (InP) y el fosfuro de galio (GaP). En comparación con los dispositivos basados en silicio, tienen propiedades optoelectrónicas de alta frecuencia y alta velocidad y se utilizan ampliamente en los campos de la optoelectrónica y la microelectrónica. ;
La tercera generación de materiales semiconductores está representada por materiales emergentes como el carburo de silicio (SiC), el nitruro de galio (GaN), el óxido de zinc (ZnO), el diamante (C) y el nitruro de aluminio (AlN).
Carburo de silicioEs un material básico importante para el desarrollo de la industria de semiconductores de tercera generación. Los dispositivos de potencia de carburo de silicio pueden cumplir eficazmente los requisitos de alta eficiencia, miniaturización y peso ligero de los sistemas electrónicos de potencia con su excelente resistencia a alto voltaje, resistencia a altas temperaturas, bajas pérdidas y otras propiedades.
Debido a sus propiedades físicas superiores: alta banda prohibida (correspondiente a un alto campo eléctrico de ruptura y alta densidad de potencia), alta conductividad eléctrica y alta conductividad térmica, se espera que se convierta en el material básico más utilizado para fabricar chips semiconductores en el futuro. . Especialmente en los campos de los vehículos de nueva energía, la generación de energía fotovoltaica, el tránsito ferroviario, las redes inteligentes y otros campos, tiene ventajas obvias.
El proceso de producción de SiC se divide en tres pasos principales: crecimiento de monocristal de SiC, crecimiento de capa epitaxial y fabricación de dispositivos, que corresponden a los cuatro eslabones principales de la cadena industrial:sustrato, epitaxia, dispositivos y módulos.
El método principal de fabricación de sustratos utiliza primero el método de sublimación física de vapor para sublimar el polvo en un ambiente de vacío de alta temperatura y hacer crecer cristales de carburo de silicio en la superficie del cristal semilla mediante el control de un campo de temperatura. Utilizando una oblea de carburo de silicio como sustrato, se utiliza la deposición química de vapor para depositar una capa de monocristal sobre la oblea para formar una oblea epitaxial. Entre ellos, el cultivo de una capa epitaxial de carburo de silicio sobre un sustrato de carburo de silicio conductor se puede convertir en dispositivos de energía, que se utilizan principalmente en vehículos eléctricos, energía fotovoltaica y otros campos; cultivo de una capa epitaxial de nitruro de galio sobre un material semiaislantesustrato de carburo de silicioAdemás, se puede convertir en dispositivos de radiofrecuencia, utilizados en comunicaciones 5G y otros campos.
Por ahora, los sustratos de carburo de silicio tienen las barreras técnicas más altas en la cadena de la industria del carburo de silicio, y los sustratos de carburo de silicio son los más difíciles de producir.
El cuello de botella en la producción de SiC no se ha resuelto por completo, la calidad de los pilares de cristal de la materia prima es inestable y existe un problema de rendimiento, lo que conduce al alto costo de los dispositivos de SiC. Solo se necesitan un promedio de 3 días para que el material de silicio crezca hasta convertirse en una varilla de cristal, pero una varilla de cristal de carburo de silicio tarda una semana. Una varilla de cristal de silicio general puede crecer 200 cm de largo, pero una varilla de cristal de carburo de silicio solo puede crecer 2 cm de largo. Además, el SiC en sí es un material duro y quebradizo, y las obleas hechas con él son propensas a astillarse cuando se utilizan el corte mecánico tradicional de obleas, lo que afecta el rendimiento y la confiabilidad del producto. Los sustratos de SiC son muy diferentes de los lingotes de silicio tradicionales, y es necesario desarrollar todo, desde los equipos, los procesos, el procesamiento hasta el corte, para manejar el carburo de silicio.
La cadena de la industria del carburo de silicio se divide principalmente en cuatro eslabones principales: sustrato, epitaxia, dispositivos y aplicaciones. Los materiales de sustrato son la base de la cadena industrial, los materiales epitaxiales son la clave para la fabricación de dispositivos, los dispositivos son el núcleo de la cadena industrial y las aplicaciones son la fuerza impulsora del desarrollo industrial. La industria upstream utiliza materias primas para fabricar materiales de sustrato mediante métodos físicos de sublimación de vapor y otros métodos, y luego utiliza métodos de deposición química de vapor y otros métodos para cultivar materiales epitaxiales. La industria midstream utiliza materiales ascendentes para fabricar dispositivos de radiofrecuencia, dispositivos de energía y otros dispositivos, que en última instancia se utilizan en las comunicaciones 5G descendentes. , vehículos eléctricos, tránsito ferroviario, etc. Entre ellos, el sustrato y la epitaxia representan el 60% del costo de la cadena industrial y son el principal valor de la cadena industrial.
Sustrato de SiC: los cristales de SiC se suelen fabricar mediante el método Lely. Los principales productos internacionales están pasando de 4 pulgadas a 6 pulgadas y se han desarrollado productos de sustrato conductor de 8 pulgadas. Los sustratos domésticos son principalmente de 4 pulgadas. Dado que las líneas de producción de obleas de silicio de 6 pulgadas existentes pueden actualizarse y transformarse para producir dispositivos de SiC, la alta cuota de mercado de los sustratos de SiC de 6 pulgadas se mantendrá durante mucho tiempo.
El proceso del sustrato de carburo de silicio es complejo y difícil de producir. El sustrato de carburo de silicio es un material monocristalino semiconductor compuesto compuesto por dos elementos: carbono y silicio. En la actualidad, la industria utiliza principalmente polvo de carbono de alta pureza y polvo de silicio de alta pureza como materias primas para sintetizar polvo de carburo de silicio. Bajo un campo de temperatura especial, el método de transmisión física de vapor maduro (método PVT) se utiliza para cultivar carburo de silicio de diferentes tamaños en un horno de crecimiento de cristales. El lingote de cristal finalmente se procesa, corta, muele, pule, limpia y realiza otros múltiples procesos para producir un sustrato de carburo de silicio.
Hora de publicación: 22 de mayo de 2024