Որո՞նք են սիլիցիումի կարբիդի տեխնիկական խոչընդոտները:

Կիսահաղորդչային նյութերի առաջին սերունդը ներկայացված է ավանդական սիլիցիումով (Si) և գերմանիումով (Ge), որոնք հիմք են հանդիսանում ինտեգրալ սխեմաների արտադրության համար: Նրանք լայնորեն կիրառվում են ցածր լարման, ցածր հաճախականության և ցածր էներգիայի տրանզիստորների և դետեկտորների մեջ։ Կիսահաղորդչային արտադրանքի ավելի քան 90%-ը պատրաստված է սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերից.
Երկրորդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութերը ներկայացված են գալիումի արսենիդով (GaAs), ինդիումի ֆոսֆիդով (InP) և գալիումի ֆոսֆիդով (GaP): Համեմատած սիլիցիումի վրա հիմնված սարքերի հետ՝ դրանք ունեն բարձր հաճախականության և արագության օպտոէլեկտրոնային հատկություններ և լայնորեն կիրառվում են օպտոէլեկտրոնիկայի և միկրոէլեկտրոնիկայի ոլորտներում։ ;
Կիսահաղորդչային նյութերի երրորդ սերունդը ներկայացված է առաջացող նյութերով, ինչպիսիք են սիլիցիումի կարբիդը (SiC), գալիումի նիտրիդը (GaN), ցինկի օքսիդը (ZnO), ադամանդը (C) և ալյումինի նիտրիդը (AlN):

Սիլիցիումի կարբիդկարևոր հիմնարար նյութ է երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային արդյունաբերության զարգացման համար։ Սիլիցիումի կարբիդային էներգիայի սարքերը կարող են արդյունավետորեն բավարարել էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնային համակարգերի բարձր արդյունավետության, մանրացման և թեթևության պահանջները՝ իրենց գերազանց բարձր լարման դիմադրությամբ, բարձր ջերմաստիճանի դիմադրության, ցածր կորստի և այլ հատկություններով:

Իր գերազանց ֆիզիկական հատկությունների պատճառով՝ գոտիների մեծ բացը (համապատասխանում է բարձր քայքայման էլեկտրական դաշտին և բարձր հզորության խտությանը), բարձր էլեկտրական հաղորդունակությանը և բարձր ջերմային հաղորդունակությանը, ակնկալվում է, որ այն ապագայում կդառնա կիսահաղորդչային չիպերի արտադրության համար ամենաշատ օգտագործվող հիմնական նյութը։ . Հատկապես նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների, ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության, երկաթուղային տարանցման, խելացի ցանցերի և այլ ոլորտներում այն ​​ակնհայտ առավելություններ ունի։

SiC-ի արտադրության գործընթացը բաժանված է երեք հիմնական փուլի՝ SiC միաբյուրեղների աճ, էպիտաքսիալ շերտի աճ և սարքի արտադրություն, որոնք համապատասխանում են արդյունաբերական շղթայի չորս հիմնական օղակներին.սուբստրատ, էպատաքսիա, սարքեր և մոդուլներ:

Ենթաշերտերի արտադրության հիմնական մեթոդը նախ օգտագործում է ֆիզիկական գոլորշիների սուբլիմացիայի մեթոդը՝ փոշին բարձր ջերմաստիճանի վակուումային միջավայրում սուբլիմացնելու և սերմերի բյուրեղի մակերեսին սիլիցիումի կարբիդի բյուրեղներ աճեցնելու համար՝ ջերմաստիճանի դաշտի հսկողության միջոցով: Օգտագործելով սիլիցիումի կարբիդային վաֆլի՝ որպես հիմք, քիմիական գոլորշիների նստեցումը օգտագործվում է վաֆլի վրա մեկ բյուրեղի շերտ դնելու համար՝ էպիտաքսիալ վաֆլի ձևավորելու համար: Դրանց թվում, սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ շերտը հաղորդիչ սիլիցիումի կարբիդային հիմքի վրա կարող է վերածվել ուժային սարքերի, որոնք հիմնականում օգտագործվում են էլեկտրական մեքենաներում, ֆոտոգալվանային և այլ ոլորտներում. աճեցնելով գալիումի նիտրիդային էպիտաքսիալ շերտը կիսամեկուսացման վրասիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտկարող է հետագայում վերածվել ռադիոհաճախականության սարքերի, որոնք օգտագործվում են 5G կապի և այլ ոլորտներում:

Առայժմ սիլիցիումի կարբիդային ենթաշղթաներն ունեն ամենաբարձր տեխնիկական խոչընդոտները սիլիցիումի կարբիդի արդյունաբերության շղթայում, իսկ սիլիցիումի կարբիդի ենթաշղթաները ամենադժվարն են արտադրվում:

SiC-ի արտադրական խոչընդոտն ամբողջությամբ լուծված չէ, իսկ հումքի բյուրեղյա հենասյուների որակն անկայուն է, և առկա է բերքատվության խնդիր, ինչը հանգեցնում է SiC սարքերի թանկության։ Սիլիցիումի նյութը բյուրեղյա ձողի վերածվելու համար տևում է միջինը 3 օր, իսկ սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղաձողի համար՝ մեկ շաբաթ: Ընդհանուր սիլիցիումի բյուրեղյա ձողը կարող է աճել 200 սմ երկարությամբ, իսկ սիլիցիումի կարբիդ բյուրեղյա ձողը կարող է աճել միայն 2 սմ երկարությամբ: Ավելին, SiC-ն ինքնին կարծր և փխրուն նյութ է, և դրանից պատրաստված վաֆլիները հակված են եզրերի ճեղքմանը, երբ օգտագործում են ավանդական մեխանիկական կտրող վաֆլի խորանարդի կտորներ, ինչը ազդում է արտադրանքի եկամտաբերության և հուսալիության վրա: SiC սուբստրատները շատ են տարբերվում ավանդական սիլիցիումի ձուլակտորներից, և ամեն ինչ՝ սարքավորումներից, գործընթացներից, մշակումից մինչև կտրում, պետք է մշակվի սիլիցիումի կարբիդը կարգավորելու համար:

Սիլիցիումի կարբիդի արդյունաբերության շղթան հիմնականում բաժանված է չորս հիմնական օղակների՝ ենթաշերտ, էպիտաքսիա, սարքեր և կիրառություններ: Ենթաշղթայի նյութերը հանդիսանում են արդյունաբերության շղթայի հիմքը, էպիտաքսիալ նյութերը սարքերի արտադրության բանալին են, սարքերը արդյունաբերական շղթայի առանցքն են, իսկ կիրառությունները՝ արդյունաբերական զարգացման շարժիչ ուժը: Վերին հոսքի արդյունաբերությունն օգտագործում է հումք՝ հիմքի նյութեր պատրաստելու համար ֆիզիկական գոլորշիների սուբլիմացիայի մեթոդների և այլ մեթոդների միջոցով, այնուհետև օգտագործում է քիմիական գոլորշիների նստեցման մեթոդներ և այլ մեթոդներ՝ էպիտաքսիալ նյութեր աճեցնելու համար: Միջին հոսքի արդյունաբերությունն օգտագործում է վերին հոսքի նյութերը ռադիոհաճախականության սարքեր, էներգիայի սարքեր և այլ սարքեր պատրաստելու համար, որոնք, ի վերջո, օգտագործվում են ներքևի հոսանքով 5G հաղորդակցություններում: , էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներ, երկաթուղային տրանզիտ և այլն: Դրանց թվում ենթաշերտը և էպիտաքսիան կազմում են արդյունաբերության շղթայի արժեքի 60%-ը և հանդիսանում են արդյունաբերության շղթայի հիմնական արժեքը:

SiC սուբստրատ. SiC բյուրեղները սովորաբար արտադրվում են Lely մեթոդով: Միջազգային հիմնական արտադրանքները 4 դյույմից անցնում են 6 դյույմ, և մշակվել են 8 դյույմանոց հաղորդիչ ենթաշերտի արտադրանք: Կենցաղային ենթաշերտերը հիմնականում 4 դյույմ են: Քանի որ առկա 6 դյույմանոց սիլիկոնային վաֆլի արտադրության գծերը կարող են արդիականացվել և վերափոխվել SiC սարքեր արտադրելու համար, 6 դյույմանոց SiC սուբստրատների շուկայական մեծ մասնաբաժինը երկար ժամանակ կպահպանվի:

Սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտի գործընթացը բարդ է և դժվար է արտադրել: Սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտը բարդ կիսահաղորդչային միաբյուրեղային նյութ է, որը կազմված է երկու տարրից՝ ածխածնից և սիլիցիումից: Ներկայումս արդյունաբերությունը հիմնականում օգտագործում է բարձր մաքրության ածխածնի փոշի և բարձր մաքրության սիլիցիումի փոշի՝ որպես հումք՝ սիլիցիումի կարբիդի փոշի սինթեզելու համար։ Հատուկ ջերմաստիճանի դաշտում հասուն ֆիզիկական գոլորշիների փոխանցման մեթոդը (PVT մեթոդ) օգտագործվում է բյուրեղյա աճի վառարանում տարբեր չափերի սիլիցիումի կարբիդ աճեցնելու համար: Բյուրեղյա ձուլակտորը վերջապես մշակվում է, կտրվում, մանրացվում, փայլեցվում, մաքրվում և այլ բազմաթիվ գործընթացներ՝ սիլիցիումի կարբիդային հիմք ստանալու համար: