A primeira xeración de materiais semicondutores está representada polo silicio (Si) e o xermanio (Ge) tradicionais, que son a base para a fabricación de circuítos integrados. Son amplamente utilizados en transistores e detectores de baixa tensión, baixa frecuencia e baixa potencia. Máis do 90% dos produtos semicondutores están feitos de materiais a base de silicio;
Os materiais semicondutores de segunda xeración están representados polo arseniuro de galio (GaAs), o fosfuro de indio (InP) e o fosfuro de galio (GaP). En comparación cos dispositivos baseados en silicio, teñen propiedades optoelectrónicas de alta frecuencia e alta velocidade e úsanse amplamente nos campos da optoelectrónica e da microelectrónica. ;
A terceira xeración de materiais semicondutores está representada por materiais emerxentes como o carburo de silicio (SiC), o nitruro de galio (GaN), o óxido de cinc (ZnO), o diamante (C) e o nitruro de aluminio (AlN).
Carburo de silicioé un material básico importante para o desenvolvemento da industria de semicondutores de terceira xeración. Os dispositivos de potencia de carburo de silicio poden satisfacer eficazmente os requisitos de alta eficiencia, miniaturización e lixeiro dos sistemas electrónicos de potencia coa súa excelente resistencia a alta tensión, resistencia a altas temperaturas, baixa perda e outras propiedades.
Debido ás súas propiedades físicas superiores: un gran intervalo de banda (correspondente a un campo eléctrico de alta ruptura e unha alta densidade de potencia), alta condutividade eléctrica e alta condutividade térmica, espérase que se converta no material básico máis utilizado para fabricar chips semicondutores no futuro. . Especialmente nos campos dos vehículos de nova enerxía, a xeración de enerxía fotovoltaica, o tránsito ferroviario, as redes intelixentes e outros campos, ten vantaxes obvias.
O proceso de produción de SiC divídese en tres etapas principais: crecemento de cristal único de SiC, crecemento da capa epitaxial e fabricación de dispositivos, que corresponden aos catro elos principais da cadea industrial:substrato, epitaxia, dispositivos e módulos.
O método principal de fabricación de substratos utiliza primeiro o método de sublimación de vapor físico para sublimar o po nun ambiente de baleiro a alta temperatura e cultivar cristais de carburo de silicio na superficie do cristal de semente mediante o control dun campo de temperatura. Usando unha oblea de carburo de silicio como substrato, a deposición química en vapor utilízase para depositar unha capa de monocristal na oblea para formar unha oblea epitaxial. Entre eles, o crecemento dunha capa epitaxial de carburo de silicio nun substrato condutor de carburo de silicio pódese converter en dispositivos de enerxía, que se usan principalmente en vehículos eléctricos, fotovoltaicos e outros campos; facendo crecer unha capa epitaxial de nitruro de galio sobre un semiillantesubstrato de carburo de siliciopoden converterse ademais en dispositivos de radiofrecuencia, utilizados en comunicacións 5G e noutros campos.
Polo momento, os substratos de carburo de silicio teñen as barreiras técnicas máis altas na cadea da industria do carburo de silicio e os substratos de carburo de silicio son os máis difíciles de producir.
O pescozo de botella da produción de SiC non se resolveu completamente e a calidade dos alicerces de cristal da materia prima é inestable e hai un problema de rendemento, o que leva ao alto custo dos dispositivos de SiC. Só leva unha media de 3 días para que o material de silicio se converta nunha varilla de cristal, pero leva unha semana para que unha varilla de cristal de carburo de silicio. Unha vara de cristal de silicio xeral pode medrar 200 cm de longo, pero unha vara de cristal de carburo de silicio só pode medrar 2 cm de longo. Ademais, o SiC en si é un material duro e quebradizo, e as obleas feitas con el son propensas a quebrar os bordos cando se usa o corte mecánico tradicional de obleas, o que afecta o rendemento e a fiabilidade do produto. Os substratos de SiC son moi diferentes dos lingotes de silicio tradicionais, e todo, desde equipos, procesos, procesamento ata corte, debe desenvolverse para manexar o carburo de silicio.
A cadea da industria do carburo de silicio divídese principalmente en catro elos principais: substrato, epitaxia, dispositivos e aplicacións. Os materiais de substrato son a base da cadea industrial, os materiais epitaxiais son a clave para a fabricación de dispositivos, os dispositivos son o núcleo da cadea industrial e as aplicacións son a forza motriz para o desenvolvemento industrial. A industria upstream usa materias primas para fabricar materiais de substrato mediante métodos físicos de sublimación de vapor e outros métodos, e despois usa métodos de deposición de vapor químico e outros métodos para cultivar materiais epitaxiais. A industria midstream usa materiais ascendentes para fabricar dispositivos de radiofrecuencia, dispositivos de alimentación e outros dispositivos, que finalmente se utilizan nas comunicacións 5G posteriores. , vehículos eléctricos, tránsito ferroviario, etc. Entre eles, o substrato e a epitaxia supoñen o 60% do custo da cadea industrial e son o principal valor da cadea industrial.
Substrato de SiC: os cristais de SiC adoitan fabricarse mediante o método Lely. Os produtos principais internacionais están a pasar de 4 polgadas a 6 polgadas, e desenvolvéronse produtos de substrato condutor de 8 polgadas. Os substratos domésticos son principalmente de 4 polgadas. Dado que as liñas de produción de obleas de silicio de 6 polgadas existentes pódense actualizar e transformar para producir dispositivos SiC, a alta cota de mercado dos substratos de SiC de 6 polgadas manterase durante moito tempo.
O proceso de substrato de carburo de silicio é complexo e difícil de producir. O substrato de carburo de silicio é un material semicondutor composto de cristal único composto por dous elementos: carbono e silicio. Na actualidade, a industria usa principalmente po de carbono de alta pureza e po de silicio de alta pureza como materias primas para sintetizar po de carburo de silicio. Baixo un campo de temperatura especial, o método de transmisión de vapor físico maduro (método PVT) úsase para cultivar carburo de silicio de diferentes tamaños nun forno de crecemento de cristal. O lingote de cristal é finalmente procesado, cortado, moído, pulido, limpo e outros procesos múltiples para producir un substrato de carburo de silicio.
Hora de publicación: 22-maio-2024