Stabiilse jõudlusega kvaliteetsete ränikarbiidist vahvlite stabiilse masstootmise tehnilised raskused hõlmavad järgmist:
1) Kuna kristallid peavad kasvama kõrge temperatuuriga suletud keskkonnas temperatuuril üle 2000 ° C, on temperatuuri reguleerimise nõuded äärmiselt kõrged;
2) Kuna ränikarbiidil on rohkem kui 200 kristallstruktuuri, kuid ainult mõned ühekristallilise ränikarbiidi struktuurid on nõutavad pooljuhtmaterjalid, tuleb räni ja süsiniku suhet, kasvutemperatuuri gradienti ja kristallide kasvu täpselt kontrollida. kristallide kasvuprotsess. Parameetrid, nagu kiirus ja õhuvoolu rõhk;
3) Aurufaasi ülekandemeetodi kohaselt on ränikarbiidi kristallide kasvatamise läbimõõdu laiendamise tehnoloogia äärmiselt keeruline;
4) Ränikarbiidi kõvadus on lähedane teemandi kõvadusele ning lõikamis-, lihvimis- ja poleerimistehnikad on keerulised.
SiC epitaksiaalsed vahvlid: tavaliselt toodetakse keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) meetodil. Erinevate dopingutüüpide järgi jaotatakse need n-tüüpi ja p-tüüpi epitaksiaalvahvliteks. Kodumaised Hantian Tiancheng ja Dongguan Tianyu suudavad juba pakkuda 4-tollise/6-tollise SiC epitaksiaalseid vahvleid. SiC epitaksia puhul on seda kõrgepingeväljas raske kontrollida ja ränikarbiidi epitakseerimise kvaliteet mõjutab ränikarbiidi seadmeid rohkem. Veelgi enam, epitaksiaalseadmed on monopoliseeritud nelja juhtiva tööstuse ettevõtte poolt: Axitron, LPE, TEL ja Nuflare.
Ränikarbiidi epitaksiaalnevahvel viitab ränikarbiidist vahvlile, milles algsele ränikarbiidist substraadile on kasvatatud teatud nõuetega monokristallkile (epitaksiaalne kiht), mis on sama kui substraadikristall. Epitaksiaalseks kasvatamiseks kasutatakse peamiselt CVD (Chemical Vapor Deposition, ) seadmeid või MBE (Molecular Beam Epitaxy) seadmeid. Kuna ränikarbiidist seadmeid toodetakse otse epitaksiaalses kihis, mõjutab epitaksiaalse kihi kvaliteet otseselt seadme jõudlust ja tootlikkust. Seadme pingetaluvuse jätkudes suureneb vastava epitaksiaalse kihi paksus ja juhtimine muutub keerulisemaks. Üldjuhul, kui pinge on umbes 600 V, on epitaksiaalse kihi nõutav paksus umbes 6 mikronit; kui pinge on vahemikus 1200-1700V, ulatub vajalik epitaksiaalse kihi paksus 10-15 mikronini. Kui pinge jõuab üle 10 000 volti, võib vaja minna üle 100 mikroni paksuse epitaksiaalse kihi. Kuna epitaksiaalse kihi paksus kasvab jätkuvalt, muutub paksuse ja takistuse ühtluse ning defektide tiheduse kontrollimine üha keerulisemaks.
SiC seadmed: rahvusvaheliselt on tööstuslikult arendatud 600–1700 V SiC SBD ja MOSFET. Peamised tooted töötavad pingetasemel alla 1200 V ja kasutavad peamiselt TO-pakendeid. Hinnakujunduse osas on ränikarbiidi toodete hind rahvusvahelisel turul umbes 5–6 korda kõrgem kui nende Si analoogidel. Hinnad aga langevad 10% aastas. eelmiste materjalide ja seadmete tootmise laienemisega järgmise 2-3 aasta jooksul suureneb turu pakkumine, mis toob kaasa edasise hinnalanguse. Eeldatakse, et kui hind jõuab 2–3 korda kõrgemale kui Si-toodete hind, siis vähendavad süsteemikulud ja paremad jõudlused ajendavad ränikarbiidi järk-järgult hõivama Si-seadmete tururuumi.
Traditsioonilised pakendid põhinevad ränipõhistel aluspindadel, samas kui kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalid nõuavad täiesti uut disaini. Traditsiooniliste ränipõhiste pakendistruktuuride kasutamine laia ribalaiusega toiteseadmete jaoks võib tuua kaasa uusi probleeme ja väljakutseid, mis on seotud sageduse, soojusjuhtimise ja töökindlusega. SiC toiteseadmed on tundlikumad parasiitmahtuvuse ja induktiivsuse suhtes. Si-seadmetega võrreldes on SiC toitekiipidel kiirem lülituskiirus, mis võib põhjustada ületamist, võnkumist, suurenenud lülituskadusid ja isegi seadme rikkeid. Lisaks töötavad SiC toiteseadmed kõrgematel temperatuuridel, mis nõuavad täiustatud soojusjuhtimistehnikaid.
Lairibaga pooljuhtide toitepakendite valdkonnas on välja töötatud mitmesuguseid erinevaid struktuure. Traditsiooniline Si-põhine toitemooduli pakend enam ei sobi. Traditsiooniliste Si-põhiste toitemoodulite pakendite kõrgete parasiitide parameetrite ja halva soojuse hajumise tõhususe probleemide lahendamiseks kasutab SiC toitemooduli pakend oma struktuuris traadita ühendust ja kahepoolset jahutustehnoloogiat ning võtab kasutusele ka parema termilise substraadi materjalid. juhtivust ning püüdis integreerida lahtisiduvaid kondensaatoreid, temperatuuri/vooluandureid ja ajamiahelaid mooduli struktuuri ning arendas välja mitmesuguseid erinevaid moodulite pakendamise tehnoloogiaid. Lisaks on ränikarbiidi seadmete valmistamisel kõrged tehnilised tõkked ja tootmiskulud on kõrged.
Ränikarbiidist seadmeid toodetakse epitaksiaalsete kihtide sadestamisel ränikarbiidist substraadile läbi CVD. Protsess hõlmab puhastamist, oksüdeerimist, fotolitograafiat, söövitamist, fotoresisti eemaldamist, ioonide implanteerimist, räninitriidi keemilist aurustamist, poleerimist, pihustamist ja järgnevaid töötlemisetappe, et moodustada seadme struktuur SiC monokristall-substraadil. SiC toiteseadmete peamised tüübid on SiC dioodid, SiC transistorid ja SiC toitemoodulid. Selliste tegurite tõttu nagu aeglane ülesvoolu materjali tootmiskiirus ja madal saagis on ränikarbiidi seadmetel suhteliselt kõrged tootmiskulud.
Lisaks on ränikarbiidist seadmete valmistamisel teatud tehnilisi raskusi:
1) On vaja välja töötada spetsiifiline protsess, mis on kooskõlas ränikarbiidmaterjalide omadustega. Näiteks: SiC on kõrge sulamistemperatuuriga, mis muudab traditsioonilise termilise difusiooni ebaefektiivseks. On vaja kasutada ioonide implanteerimise dopingumeetodit ja täpselt reguleerida selliseid parameetreid nagu temperatuur, kuumutuskiirus, kestus ja gaasivool; SiC on keemiliste lahustite suhtes inertne. Kasutada tuleks selliseid meetodeid nagu kuivsöövitus ning optimeerida ja arendada maski materjale, gaasisegusid, külgseina kalde, söövituskiiruse, külgseina kareduse jms reguleerimist;
2) Metallelektroodide tootmine ränikarbiidplaatidel nõuab kontakttakistust alla 10-5Ω2. Nõuetele vastavad elektroodide materjalid Ni ja Al on halva termilise stabiilsusega üle 100°C, kuid Al/Ni on parema termilise stabiilsusega. /W/Au komposiitelektroodimaterjali kontakti eritakistus on 10-3Ω2 suurem;
3) ränikarbiidil on kõrge lõikekulu ja ränikarbiidi kõvadus on teemandi järel teisel kohal, mis seab lõikamisele, lihvimisele, poleerimisele ja muudele tehnoloogiatele kõrgemad nõuded.
Pealegi on ränikarbiidist kaeviku jõuseadmeid keerulisem valmistada. Erinevate seadmestruktuuride järgi saab ränikarbiidist jõuseadmeid jagada peamiselt tasapinnalisteks seadmeteks ja kraaviseadmeteks. Tasapinnalistel ränikarbiidi jõuseadmetel on hea ühiku konsistents ja lihtne tootmisprotsess, kuid need on altid JFET-efektile ning neil on kõrge parasiitmahtuvus ja sisselülitatud olekutakistus. Võrreldes tasapinnaliste seadmetega on ränikarbiidist kaeviku jõuseadmetel väiksem ühiku konsistents ja nende tootmisprotsess on keerulisem. Kuid kraavi struktuur soodustab seadme ühikutiheduse suurendamist ja tekitab väiksema tõenäosusega JFET-efekti, mis on kasulik kanali liikuvuse probleemi lahendamiseks. Sellel on suurepärased omadused, nagu väike sisselülitustakistus, väike parasiitmahtuvus ja madal lülitusenergia tarbimine. Sellel on märkimisväärsed kulude ja jõudluse eelised ning sellest on saanud ränikarbiidi jõuseadmete arendamise põhisuund. Rohmi ametliku veebisaidi kohaselt moodustab ROHM Gen3 struktuur (Gen1 Trench struktuur) vaid 75% Gen2 (Plannar2) kiibi pindalast ja ROHM Gen3 struktuuri sisselülitamistakistus väheneb sama kiibi suuruse korral 50%.
Ränikarbiidist substraat, epitaks, esiosa, uurimis- ja arenduskulud ja muud moodustavad vastavalt 47%, 23%, 19%, 6% ja 5% ränikarbiidist seadmete tootmiskuludest.
Lõpuks keskendume ränikarbiiditööstuse ahelas substraatide tehniliste tõkete purustamisele.
Ränikarbiidsubstraatide tootmisprotsess on sarnane ränipõhiste substraatide omaga, kuid keerulisem.
Ränikarbiidi substraadi tootmisprotsess hõlmab üldiselt tooraine sünteesi, kristallide kasvatamist, valuplokkide töötlemist, valuplokkide lõikamist, vahvlite lihvimist, poleerimist, puhastamist ja muid seoseid.
Kristallide kasvuetapp on kogu protsessi tuum ja see etapp määrab ränikarbiidi substraadi elektrilised omadused.
Ränikarbiidmaterjale on tavatingimustes raske vedelas faasis kasvatada. Tänapäeval turul populaarse aurufaasi kasvumeetodi kasvutemperatuur on üle 2300°C ja see nõuab kasvutemperatuuri täpset reguleerimist. Kogu tööprotsessi on peaaegu raske jälgida. Väike viga toob kaasa toote lammutamise. Võrdluseks, ränimaterjalid vajavad ainult 1600 ℃, mis on palju madalam. Ränikarbiidist substraatide ettevalmistamine seisab silmitsi ka selliste raskustega nagu aeglane kristallide kasv ja kõrged nõuded kristallivormile. Ränikarbiidist vahvlite kasvatamine võtab aega umbes 7–10 päeva, samal ajal kui ränivarda tõmbamine võtab aega vaid 2 ja pool päeva. Pealegi on ränikarbiid materjal, mille kõvadus on teemandi järel teine. See kaotab lõikamise, lihvimise ja poleerimise ajal palju ning väljundsuhe on vaid 60%.
Teame, et suund on suurendada ränikarbiidsubstraatide suurust, kuna suuruse jätkudes suurenevad nõuded läbimõõdu laiendamise tehnoloogiale järjest kõrgemaks. See nõuab erinevate tehniliste juhtelementide kombinatsiooni, et saavutada kristallide iteratiivne kasv.
Postitusaeg: 22. mai-2024