موانع فنی برای کاربید سیلیکون چیست؟

اولین نسل از مواد نیمه هادی توسط سیلیکون سنتی (Si) و ژرمانیوم (Ge) نشان داده می شود که اساس تولید مدارهای مجتمع هستند. آنها به طور گسترده در ترانزیستورها و آشکارسازهای ولتاژ پایین، فرکانس پایین و کم مصرف استفاده می شوند. بیش از 90 درصد محصولات نیمه هادی از مواد مبتنی بر سیلیکون ساخته شده اند.
مواد نیمه هادی نسل دوم با آرسنید گالیم (GaAs)، فسفید ایندیم (InP) و فسفید گالیم (GaP) نشان داده می شوند. در مقایسه با دستگاه های مبتنی بر سیلیکون، آنها دارای خواص نوری با فرکانس و سرعت بالا هستند و به طور گسترده در زمینه های الکترونیک نوری و میکروالکترونیک استفاده می شوند. ;
نسل سوم مواد نیمه هادی توسط مواد در حال ظهور مانند کاربید سیلیکون (SiC)، نیترید گالیم (GaN)، اکسید روی (ZnO)، الماس (C) و نیترید آلومینیوم (AlN) نشان داده می شود.

کاربید سیلیکونیک ماده اساسی مهم برای توسعه صنعت نیمه هادی نسل سوم است. دستگاه های قدرت کاربید سیلیکون با مقاومت عالی در برابر ولتاژ بالا، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا، تلفات کم و سایر خواص می توانند به طور موثری نیازهای بازده بالا، کوچک سازی و سبک وزن سیستم های الکترونیکی قدرت را برآورده کنند.

به دلیل خواص فیزیکی برتر: شکاف باند بالا (مرتبط با میدان الکتریکی شکست بالا و چگالی توان بالا)، رسانایی الکتریکی بالا و هدایت حرارتی بالا، انتظار می‌رود که در آینده به پرمصرف‌ترین ماده اولیه برای ساخت تراشه‌های نیمه‌رسانا تبدیل شود. . به خصوص در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید، تولید برق فتوولتائیک، ترانزیت ریلی، شبکه های هوشمند و سایر زمینه ها دارای مزایای آشکاری است.

فرآیند تولید SiC به سه مرحله اصلی تقسیم می‌شود: رشد تک کریستال SiC، رشد لایه همپایه و ساخت دستگاه، که مربوط به چهار حلقه اصلی زنجیره صنعتی است:بستر, اپیتاکسی، دستگاه ها و ماژول ها.

روش اصلی تولید بسترها ابتدا از روش تصعید بخار فیزیکی برای تصعید پودر در محیط خلاء با دمای بالا و رشد کریستال‌های کاربید سیلیکون بر روی سطح کریستال بذر از طریق کنترل میدان دما استفاده می‌کند. با استفاده از ویفر کاربید سیلیکون به عنوان بستر، از رسوب شیمیایی بخار برای رسوب یک لایه تک کریستال بر روی ویفر برای تشکیل یک ویفر اپیتاکسیال استفاده می شود. در میان آنها، رشد یک لایه اپیتاکسیال کاربید سیلیکون بر روی یک بستر کاربید سیلیکون رسانا را می توان به دستگاه های قدرت تبدیل کرد که عمدتاً در وسایل نقلیه الکتریکی، فتوولتائیک و سایر زمینه ها استفاده می شود. رشد یک لایه اپیتاکسیال نیترید گالیوم روی یک نیمه عایقبستر کاربید سیلیکونمی تواند بیشتر در دستگاه های فرکانس رادیویی، مورد استفاده در ارتباطات 5G و سایر زمینه ها ساخته شود.

در حال حاضر، بسترهای کاربید سیلیکون دارای بالاترین موانع فنی در زنجیره صنعت کاربید سیلیکون هستند و زیرلایه های کاربید سیلیکون سخت ترین تولید هستند.

گلوگاه تولید SiC به طور کامل حل نشده است و کیفیت ستون های کریستال مواد اولیه ناپایدار است و مشکل عملکرد وجود دارد که منجر به گرانی دستگاه های SiC می شود. به طور متوسط ​​3 روز طول می کشد تا مواد سیلیکونی به یک میله کریستالی تبدیل شوند، اما برای یک میله کریستال کاربید سیلیکون یک هفته طول می کشد. طول یک میله کریستال سیلیکون عمومی می تواند 200 سانتی متر باشد، اما یک میله کریستال کاربید سیلیکون فقط می تواند 2 سانتی متر رشد کند. علاوه بر این، SiC خود یک ماده سخت و شکننده است و ویفرهای ساخته شده از آن در هنگام استفاده از برش مکانیکی سنتی ویفر در معرض تراشه‌های لبه‌ای هستند که بر عملکرد و قابلیت اطمینان محصول تأثیر می‌گذارد. بسترهای SiC بسیار متفاوت از شمش های سیلیکون سنتی هستند و همه چیز از تجهیزات، فرآیندها، پردازش گرفته تا برش باید برای مدیریت کاربید سیلیکون توسعه یابد.

زنجیره صنعت کاربید سیلیکون عمدتاً به چهار پیوند اصلی تقسیم می شود: بستر، اپیتاکسی، دستگاه ها و کاربردها. مواد زیرلایه پایه و اساس زنجیره صنعت هستند، مواد همپای کلید تولید دستگاه هستند، دستگاه ها هسته اصلی زنجیره صنعت هستند و کاربردها نیروی محرکه توسعه صنعتی هستند. صنعت بالادستی از مواد خام برای ساختن مواد بستر از طریق روش‌های تصعید فیزیکی بخار و روش‌های دیگر استفاده می‌کند و سپس از روش‌های رسوب شیمیایی بخار و روش‌های دیگر برای رشد مواد همپایه استفاده می‌کند. صنعت میان‌دستی از مواد بالادستی برای ساخت دستگاه‌های فرکانس رادیویی، دستگاه‌های برق و سایر دستگاه‌ها استفاده می‌کند که در نهایت در ارتباطات پایین‌دستی 5G استفاده می‌شوند. ، وسایل نقلیه برقی، ترانزیت ریلی و ... در این میان بستر و اپیتاکسی 60 درصد هزینه زنجیره صنعت را تشکیل می دهد و ارزش اصلی زنجیره صنعت را تشکیل می دهد.

بستر SiC: بلورهای SiC معمولاً با استفاده از روش Lely ساخته می شوند. محصولات اصلی بین المللی در حال انتقال از 4 اینچ به 6 اینچ هستند و محصولات بستر رسانای 8 اینچی توسعه یافته اند. بسترهای داخلی عمدتاً 4 اینچ هستند. از آنجایی که خطوط تولید ویفر سیلیکونی 6 اینچی موجود را می توان ارتقا داد و برای تولید دستگاه های SiC تغییر داد، سهم بازار بالای بسترهای SiC 6 اینچی برای مدت طولانی حفظ خواهد شد.

فرآیند زیرلایه کاربید سیلیکون پیچیده و دشوار است. زیرلایه کاربید سیلیکون یک ماده تک کریستالی نیمه هادی مرکب است که از دو عنصر کربن و سیلیکون تشکیل شده است. در حال حاضر، صنعت عمدتا از پودر کربن با خلوص بالا و پودر سیلیکون با خلوص بالا به عنوان مواد خام برای سنتز پودر کاربید سیلیکون استفاده می کند. تحت یک میدان دمایی خاص، روش انتقال بخار فیزیکی بالغ (روش PVT) برای رشد کاربید سیلیکون با اندازه‌های مختلف در یک کوره رشد کریستال استفاده می‌شود. شمش کریستال در نهایت برای تولید یک بستر کاربید سیلیکون پردازش، برش، آسیاب، پرداخت، تمیز کردن و سایر فرآیندهای متعدد انجام می شود.