La première génération de matériaux semi-conducteurs est représentée par le silicium (Si) et le germanium (Ge) traditionnels, qui constituent la base de la fabrication des circuits intégrés. Ils sont largement utilisés dans les transistors et détecteurs basse tension, basse fréquence et basse puissance. Plus de 90 % des produits semi-conducteurs sont constitués de matériaux à base de silicium ;
Les matériaux semi-conducteurs de deuxième génération sont représentés par l'arséniure de gallium (GaAs), le phosphure d'indium (InP) et le phosphure de gallium (GaP). Comparés aux dispositifs à base de silicium, ils possèdent des propriétés optoélectroniques haute fréquence et haute vitesse et sont largement utilisés dans les domaines de l'optoélectronique et de la microélectronique. ;
La troisième génération de matériaux semi-conducteurs est représentée par des matériaux émergents tels que le carbure de silicium (SiC), le nitrure de gallium (GaN), l'oxyde de zinc (ZnO), le diamant (C) et le nitrure d'aluminium (AlN).
Carbure de siliciumest un matériau de base important pour le développement de l’industrie des semi-conducteurs de troisième génération. Les dispositifs électriques en carbure de silicium peuvent répondre efficacement aux exigences de haut rendement, de miniaturisation et de légèreté des systèmes électroniques de puissance grâce à leur excellente résistance à haute tension, leur résistance à haute température, leurs faibles pertes et d'autres propriétés.
En raison de ses propriétés physiques supérieures : bande interdite élevée (correspondant à un champ électrique de claquage élevé et à une densité de puissance élevée), conductivité électrique élevée et conductivité thermique élevée, il devrait devenir le matériau de base le plus largement utilisé pour fabriquer des puces semi-conductrices à l'avenir. . En particulier dans les domaines des véhicules à énergie nouvelle, de la production d'énergie photovoltaïque, du transport ferroviaire, des réseaux intelligents et d'autres domaines, il présente des avantages évidents.
Le processus de production du SiC est divisé en trois étapes majeures : la croissance du monocristal de SiC, la croissance de la couche épitaxiale et la fabrication du dispositif, qui correspondent aux quatre maillons majeurs de la chaîne industrielle :substrat, épitaxie, appareils et modules.
La méthode traditionnelle de fabrication de substrats utilise d'abord la méthode physique de sublimation en phase vapeur pour sublimer la poudre dans un environnement sous vide à haute température et faire croître des cristaux de carbure de silicium à la surface du cristal germe grâce au contrôle d'un champ de température. En utilisant une tranche de carbure de silicium comme substrat, le dépôt chimique en phase vapeur est utilisé pour déposer une couche de monocristal sur la tranche afin de former une tranche épitaxiale. Parmi eux, la croissance d'une couche épitaxiale de carbure de silicium sur un substrat conducteur en carbure de silicium peut être transformée en dispositifs électriques, qui sont principalement utilisés dans les véhicules électriques, le photovoltaïque et d'autres domaines ; faire croître une couche épitaxiale de nitrure de gallium sur un support semi-isolantsubstrat en carbure de siliciumpeuvent ensuite être transformés en dispositifs radiofréquences, utilisés dans les communications 5G et dans d’autres domaines.
Pour l’instant, les substrats en carbure de silicium présentent les barrières techniques les plus élevées de la chaîne industrielle du carbure de silicium, et les substrats en carbure de silicium sont les plus difficiles à produire.
Le goulot d'étranglement de la production de SiC n'a pas été complètement résolu, et la qualité des piliers cristallins de la matière première est instable et il existe un problème de rendement, ce qui conduit au coût élevé des dispositifs SiC. Il ne faut en moyenne que 3 jours pour que le silicium se transforme en une tige de cristal, mais cela prend une semaine pour une tige de cristal de carbure de silicium. Une tige de cristal de silicium générale peut atteindre 200 cm de long, mais une tige de cristal de carbure de silicium ne peut atteindre que 2 cm de long. De plus, le SiC lui-même est un matériau dur et cassant, et les tranches qui en sont constituées sont sujettes à l'écaillage des bords lors de l'utilisation de la découpe mécanique traditionnelle des tranches, ce qui affecte le rendement et la fiabilité du produit. Les substrats SiC sont très différents des lingots de silicium traditionnels, et tout, depuis l'équipement, les processus, le traitement jusqu'à la découpe, doit être développé pour gérer le carbure de silicium.
La chaîne industrielle du carbure de silicium est principalement divisée en quatre maillons majeurs : substrat, épitaxie, dispositifs et applications. Les matériaux de substrat constituent le fondement de la chaîne industrielle, les matériaux épitaxiaux sont la clé de la fabrication des appareils, les appareils sont le cœur de la chaîne industrielle et les applications sont la force motrice du développement industriel. L'industrie en amont utilise des matières premières pour fabriquer des matériaux de substrat au moyen de méthodes de sublimation physique en phase vapeur et d'autres méthodes, puis utilise des méthodes de dépôt chimique en phase vapeur et d'autres méthodes pour faire pousser des matériaux épitaxiaux. L’industrie intermédiaire utilise des matériaux en amont pour fabriquer des dispositifs à radiofréquence, des dispositifs d’alimentation et d’autres dispositifs, qui sont finalement utilisés dans les communications 5G en aval. , véhicules électriques, transport ferroviaire, etc. Parmi eux, le substrat et l'épitaxie représentent 60 % du coût de la chaîne industrielle et constituent la principale valeur de la chaîne industrielle.
Substrat SiC : les cristaux SiC sont généralement fabriqués selon la méthode Lely. Les produits grand public internationaux passent de 4 pouces à 6 pouces, et des produits à substrat conducteur de 8 pouces ont été développés. Les substrats domestiques mesurent principalement 4 pouces. Étant donné que les lignes de production existantes de plaquettes de silicium de 6 pouces peuvent être mises à niveau et transformées pour produire des dispositifs SiC, la part de marché élevée des substrats SiC de 6 pouces sera maintenue pendant longtemps.
Le procédé de substrat en carbure de silicium est complexe et difficile à réaliser. Le substrat en carbure de silicium est un matériau monocristallin semi-conducteur composé de deux éléments : le carbone et le silicium. À l'heure actuelle, l'industrie utilise principalement de la poudre de carbone de haute pureté et de la poudre de silicium de haute pureté comme matières premières pour synthétiser la poudre de carbure de silicium. Dans un champ de température spécial, la méthode de transmission physique de vapeur mature (méthode PVT) est utilisée pour faire croître du carbure de silicium de différentes tailles dans un four de croissance cristalline. Le lingot de cristal est finalement traité, coupé, meulé, poli, nettoyé et soumis à d'autres procédés multiples pour produire un substrat en carbure de silicium.
Heure de publication : 22 mai 2024