Esimese põlvkonna pooljuhtmaterjale esindavad traditsiooniline räni (Si) ja germaanium (Ge), mis on integraallülituste valmistamise aluseks. Neid kasutatakse laialdaselt madalpinge-, madalsagedus- ja väikese võimsusega transistorites ja detektorites. Rohkem kui 90% pooljuhttoodetest on valmistatud ränipõhistest materjalidest;
Teise põlvkonna pooljuhtmaterjale esindavad galliumarseniid (GaAs), indiumfosfiid (InP) ja galliumfosfiid (GaP). Võrreldes ränipõhiste seadmetega on neil kõrgsageduslikud ja kiired optoelektroonilised omadused ning neid kasutatakse laialdaselt optoelektroonika ja mikroelektroonika valdkonnas. ;
Pooljuhtmaterjalide kolmandat põlvkonda esindavad uued materjalid, nagu ränikarbiid (SiC), galliumnitriid (GaN), tsinkoksiid (ZnO), teemant (C) ja alumiiniumnitriid (AlN).
Ränikarbiidon oluline alusmaterjal kolmanda põlvkonna pooljuhtide tööstuse arendamiseks. Ränikarbiidist jõuseadmed suudavad tõhusalt täita jõuelektroonikasüsteemide kõrge kasuteguri, miniatuursuse ja kerge kaalu nõudeid oma suurepärase kõrgepingekindluse, kõrge temperatuuritaluvuse, väikese kadu ja muude omadustega.
Oma suurepäraste füüsikaliste omaduste tõttu: suur ribalaius (mis vastab suurele läbilöögijõulisele elektriväljale ja suurele võimsustihedusele), kõrge elektrijuhtivus ja kõrge soojusjuhtivus, peaks sellest saama tulevikus pooljuhtkiipide valmistamisel kõige laialdasemalt kasutatav põhimaterjal. . Eelkõige uute energiasõidukite, fotogalvaanilise elektritootmise, raudteetransiidi, arukate võrkude ja muudes valdkondades on sellel ilmsed eelised.
SiC tootmisprotsess jaguneb kolmeks peamiseks etapiks: ränikarbiidi monokristallide kasvatamine, epitaksiaalse kihi kasvatamine ja seadme tootmine, mis vastavad tööstusahela neljale peamisele lülile:substraat, epitaksia, seadmed ja moodulid.
Substraatide valmistamise põhimeetodis kasutatakse esmalt füüsikalise auru sublimatsiooni meetodit pulbri sublimeerimiseks kõrge temperatuuriga vaakumkeskkonnas ja ränikarbiidi kristallide kasvatamiseks seemnekristallide pinnale temperatuurivälja juhtimise kaudu. Kasutades substraadina ränikarbiidist vahvlit, kasutatakse keemilist aurustamist, et sadestada vahvlile monokristalli kiht, moodustades epitaksiaalse vahvli. Nende hulgas saab ränikarbiidi epitaksiaalse kihi kasvatamisest juhtival ränikarbiidist substraadil teha jõuseadmeid, mida kasutatakse peamiselt elektrisõidukites, fotogalvaanikas ja muudes valdkondades; galliumnitriidi epitaksiaalse kihi kasvatamine poolisolatsioonilränikarbiidi substraatsaab edasi teha raadiosagedusseadmeteks, mida kasutatakse 5G sides ja muudes valdkondades.
Praegu on ränikarbiidist põhimikud ränikarbiiditööstuse ahelas kõige kõrgemad tehnilised tõkked ja ränikarbiidist substraate on kõige keerulisem toota.
SiC tootmise kitsaskoht ei ole täielikult lahendatud ning tooraine kristallsammaste kvaliteet on ebastabiilne ja tootlikkuse probleem, mis toob kaasa ränikarbiidi seadmete kõrge hinna. Ränimaterjalist kristallvardaks kasvamiseks kulub keskmiselt vaid 3 päeva, ränikarbiidist kristallvardaks aga nädal. Üldine ränikristallpulk võib kasvada 200 cm pikkuseks, kuid ränikarbiidist kristallvarras võib kasvada ainult 2 cm pikkuseks. Pealegi on SiC ise kõva ja rabe materjal ning sellest valmistatud vahvlite servad võivad traditsioonilise mehaanilise lõikamisvahvlite kuubikute kasutamisel tekkida, mis mõjutab toote saagikust ja töökindlust. SiC-substraadid erinevad väga traditsioonilistest räni valuplokkidest ja ränikarbiidi käsitsemiseks tuleb välja töötada kõik alates seadmetest, protsessidest, töötlemisest kuni lõikamiseni.
Ränikarbiiditööstuse kett jaguneb peamiselt neljaks peamiseks lüliks: substraat, epitaks, seadmed ja rakendused. Alusmaterjalid on tööstusahela vundament, epitaksiaalsed materjalid on seadmete tootmise võti, seadmed on tööstusahela tuum ja rakendused on tööstuse arengu liikumapanev jõud. Varasemas tööstuses kasutatakse toorainet substraatmaterjalide valmistamiseks füüsikaliste aurusublimatsioonimeetodite ja muude meetodite abil ning seejärel keemilisi aur-sadestamise meetodeid ja muid meetodeid epitaksiaalsete materjalide kasvatamiseks. Kesktööstus kasutab ülesvoolu materjale raadiosagedusseadmete, toiteseadmete ja muude seadmete valmistamiseks, mida lõpuks kasutatakse allavoolu 5G sides. , elektrisõidukid, raudteetransiit jne. Nende hulgas moodustavad substraat ja epitaksy 60% tööstusahela kuludest ja on tööstusahela põhiväärtus.
SiC substraat: SiC kristalle toodetakse tavaliselt Lely meetodil. Rahvusvahelised tavatooted on üleminekul 4-tolliselt 6-tollisele ja välja on töötatud 8-tollised juhtivad substraattooted. Kodused substraadid on peamiselt 4 tolli. Kuna olemasolevaid 6-tolliste ränivahvlite tootmisliine saab uuendada ja ümber kujundada SiC seadmete tootmiseks, säilib 6-tolliste ränikarbiidi substraatide suur turuosa pikka aega.
Ränikarbiidi substraadi protsess on keeruline ja raskesti valmistatav. Ränikarbiidsubstraat on liitpooljuht monokristallmaterjal, mis koosneb kahest elemendist: süsinikust ja ränist. Praegu kasutab tööstus ränikarbiidi pulbri sünteesimiseks toorainena peamiselt kõrge puhtusastmega süsinikupulbrit ja kõrge puhtusastmega ränipulbrit. Erilise temperatuurivälja all kasutatakse küpset füüsikalist auruülekande meetodit (PVT meetod) erineva suurusega ränikarbiidi kasvatamiseks kristallide kasvuahjus. Ränikarbiidi substraadi saamiseks töödeldakse lõpuks kristallvaluplokki, lõigatakse, lihvitakse, poleeritakse, puhastatakse ja muudetakse mitmel viisil.
Postitusaeg: mai-22-2024