Որո՞նք են սիլիցիումի կարբիդի տեխնիկական խոչընդոտները:Ⅱ

Կայուն կատարողականությամբ բարձրորակ սիլիցիումի կարբիդային վաֆլիների կայուն զանգվածային արտադրության տեխնիկական դժվարությունները ներառում են.

1) Քանի որ բյուրեղները պետք է աճեն 2000°C-ից բարձր բարձր ջերմաստիճանի փակ միջավայրում, ջերմաստիճանի վերահսկման պահանջները չափազանց բարձր են.
2) Քանի որ սիլիցիումի կարբիդն ունի ավելի քան 200 բյուրեղյա կառուցվածք, բայց միաբյուրեղ սիլիցիումի կարբիդի միայն մի քանի կառուցվածքներ են անհրաժեշտ կիսահաղորդչային նյութերը, սիլիցիում-ածխածին հարաբերակցությունը, աճի ջերմաստիճանի գրադիենտը և բյուրեղների աճը պետք է ճշգրիտ վերահսկվեն ընթացքում: բյուրեղների աճի գործընթացը. Պարամետրեր, ինչպիսիք են արագությունը և օդի հոսքի ճնշումը;
3) Գոլորշի փուլային փոխանցման մեթոդով սիլիցիումի կարբիդի բյուրեղների աճի տրամագծի ընդլայնման տեխնոլոգիան չափազանց դժվար է.
4) Սիլիցիումի կարբիդի կարծրությունը մոտ է ադամանդի կարծրությանը, իսկ կտրման, մանրացման և փայլեցման տեխնիկան դժվար է:

SiC էպիտաքսիալ վաֆլիներ. սովորաբար արտադրվում են քիմիական գոլորշիների նստեցման (CVD) մեթոդով: Ըստ տարբեր դոպինգ տեսակների՝ դրանք բաժանվում են n-տիպի և p-տիպի էպիտաքսիալ վաֆլիների։ Կենցաղային Hantian Tiancheng-ը և Dongguan Tianyu-ն արդեն կարող են տրամադրել 4 դյույմ/6 դյույմ SiC էպիտաքսիալ վաֆլիներ: SiC epitaxy-ի համար դժվար է վերահսկել բարձր լարման դաշտում, իսկ SiC epitaxy-ի որակն ավելի մեծ ազդեցություն ունի SiC սարքերի վրա: Ավելին, էպիտաքսիալ սարքավորումները մենաշնորհված են ոլորտի չորս առաջատար ընկերությունների կողմից՝ Axitron, LPE, TEL և Nuflare:

Սիլիցիումի կարբիդ էպիտաքսիալՎաֆերը վերաբերում է սիլիցիումի կարբիդային վաֆլիին, որտեղ մեկ բյուրեղյա թաղանթ (էպիտաքսիալ շերտ) որոշակի պահանջներով և նույնը, ինչ ենթաշերտի բյուրեղը, աճեցվում է սկզբնական սիլիցիումի կարբիդային հիմքի վրա: Epitaxial աճը հիմնականում օգտագործում է CVD (Chemical Vapor Deposition, ) սարքավորումներ կամ MBE (Molecular Beam Epitaxy) սարքավորումներ: Քանի որ սիլիցիումի կարբիդային սարքերը արտադրվում են ուղղակիորեն էպիտաքսիալ շերտում, էպիտաքսիալ շերտի որակն ուղղակիորեն ազդում է սարքի աշխատանքի և եկամտաբերության վրա: Քանի որ սարքի լարման դիմացկուն աշխատանքը շարունակում է աճել, համապատասխան էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը դառնում է ավելի հաստ, իսկ կառավարումը` ավելի դժվար: երբ լարումը 1200-1700 Վ-ի միջակայքում է, էպիտաքսիալ շերտի պահանջվող հաստությունը հասնում է 10-15 միկրոն: Եթե ​​լարումը հասնում է ավելի քան 10000 վոլտ, ապա կարող է պահանջվել էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը ավելի քան 100 մկմ: Քանի որ էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը շարունակում է աճել, ավելի ու ավելի դժվար է դառնում վերահսկել հաստությունը և դիմադրողականության միատեսակությունը և արատների խտությունը:

SiC սարքեր. Միջազգային մակարդակով, 600~1700V SiC SBD-ն և MOSFET-ը արդյունաբերականացված են: Հիմնական արտադրանքները գործում են 1200 Վ-ից ցածր լարման մակարդակներում և հիմնականում ընդունում են TO փաթեթավորում: Գնագոյացման առումով SiC արտադրանքը միջազգային շուկայում 5-6 անգամ ավելի բարձր է, քան իրենց Si գործընկերները: Սակայն գները նվազում են տարեկան 10 տոկոսով։ Առաջիկա 2-3 տարում նյութերի և սարքերի արտադրության ընդլայնմամբ շուկայի առաջարկը կավելանա՝ հանգեցնելով գների հետագա նվազմանը։ Ակնկալվում է, որ երբ գինը 2-3 անգամ կհասնի Si արտադրանքի, առավելությունները, որոնք բերում են համակարգի ծախսերի կրճատումը և բարելավված կատարումը, աստիճանաբար կհանգեցնեն SiC-ին զբաղեցնելու Si սարքերի շուկայական տարածքը:
Ավանդական փաթեթավորումը հիմնված է սիլիցիումի վրա հիմնված ենթաշերտերի վրա, մինչդեռ երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութերը պահանջում են բոլորովին նոր դիզայն: Օգտագործելով ավանդական սիլիցիումի վրա հիմնված փաթեթավորման կառուցվածքներ լայն տիրույթի հզորության սարքերի համար կարող է առաջացնել նոր խնդիրներ և մարտահրավերներ՝ կապված հաճախականության, ջերմային կառավարման և հուսալիության հետ: SiC էներգիայի սարքերն ավելի զգայուն են մակաբուծական հզորության և ինդուկտիվության նկատմամբ: Si սարքերի համեմատ՝ SiC հոսանքի չիպերն ունեն ավելի արագ միացման արագություն, ինչը կարող է հանգեցնել գերազանցման, տատանումների, անջատման կորուստների ավելացման և նույնիսկ սարքի անսարքությունների: Բացի այդ, SiC էներգիայի սարքերն աշխատում են ավելի բարձր ջերմաստիճաններում՝ պահանջելով ջերմային կառավարման ավելի առաջադեմ տեխնիկա:

Մի շարք տարբեր կառուցվածքներ են մշակվել լայնաշերտ կիսահաղորդչային էներգիայի փաթեթավորման ոլորտում: Ավանդական Si-ի վրա հիմնված ուժային մոդուլի փաթեթավորումն այլևս հարմար չէ: Ավանդական Si-ի վրա հիմնված էներգիայի մոդուլի փաթեթավորման բարձր մակաբույծ պարամետրերի և ջերմության վատ ցրման արդյունավետության խնդիրները լուծելու համար SiC ուժային մոդուլի փաթեթավորումն իր կառուցվածքում ընդունում է անլար փոխկապակցման և երկկողմանի հովացման տեխնոլոգիա, ինչպես նաև ընդունում է ենթաշերտի նյութերը ավելի լավ ջերմայինով: հաղորդունակություն և փորձել է ինտեգրել անջատող կոնդենսատորները, ջերմաստիճանի/հոսանքի սենսորները և շարժիչ սխեմաները մոդուլի կառուցվածքում և մշակել մի շարք տարբեր մոդուլներ փաթեթավորման տեխնոլոգիաներ. Ավելին, SiC սարքերի արտադրության համար կան բարձր տեխնիկական խոչընդոտներ, և արտադրության ծախսերը բարձր են:

Սիլիցիումի կարբիդային սարքերը արտադրվում են էպիտաքսիալ շերտերը սիլիցիումի կարբիդային ենթաշերտի վրա CVD-ի միջոցով դնելով: Գործընթացը ներառում է մաքրում, օքսիդացում, ֆոտոլիտոգրաֆիա, փորագրում, լուսանկարահանում, իոնային իմպլանտացիա, սիլիցիումի նիտրիդի քիմիական գոլորշի նստեցում, փայլեցում, ցողում և հետագա մշակման քայլեր՝ SiC միաբյուրեղային հիմքի վրա սարքի կառուցվածքը ձևավորելու համար: SiC էներգիայի սարքերի հիմնական տեսակները ներառում են SiC դիոդներ, SiC տրանզիստորներ և SiC էներգիայի մոդուլներ: Գործոնների պատճառով, ինչպիսիք են նյութերի արտադրության դանդաղ արագությունը և ցածր եկամտաբերությունը, սիլիցիումի կարբիդային սարքերն ունեն համեմատաբար բարձր արտադրության ծախսեր:

Բացի այդ, սիլիցիումի կարբիդի սարքի արտադրությունն ունի որոշակի տեխնիկական դժվարություններ.

1) Անհրաժեշտ է մշակել կոնկրետ գործընթաց, որը համապատասխանում է սիլիցիումի կարբիդային նյութերի բնութագրերին: Օրինակ՝ SiC-ն ունի բարձր հալման կետ, որն անարդյունավետ է դարձնում ավանդական ջերմային դիֆուզիան: Անհրաժեշտ է օգտագործել իոնային իմպլանտացիայի դոպինգ մեթոդ և ճշգրիտ վերահսկել այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, տաքացման արագությունը, տևողությունը և գազի հոսքը. SiC-ն իներտ է քիմիական լուծիչների նկատմամբ: Պետք է օգտագործվեն այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են չոր փորագրումը, և պետք է օպտիմալացվեն և մշակվեն դիմակային նյութերը, գազային խառնուրդները, կողային պատերի թեքության վերահսկումը, փորագրման արագությունը, կողային պատերի կոշտությունը և այլն;
2) Սիլիցիումի կարբիդային վաֆլիների վրա մետաղական էլեկտրոդների արտադրությունը պահանջում է 10-5Ω2-ից ցածր կոնտակտային դիմադրություն: Էլեկտրոդային նյութերը, որոնք համապատասխանում են պահանջներին՝ Ni և Al, ունեն վատ ջերմային կայունություն 100°C-ից բարձր, բայց Al/Ni-ն ավելի լավ ջերմային կայունություն ունի: /W/Au կոմպոզիտային էլեկտրոդի նյութի կոնտակտային հատուկ դիմադրությունը 10-3Ω2 ավելի բարձր է;
3) SiC-ն ունի բարձր կտրող մաշվածություն, և SiC-ի կարծրությունը զիջում է միայն ադամանդին, որն ավելի բարձր պահանջներ է ներկայացնում կտրման, հղկման, փայլեցման և այլ տեխնոլոգիաների համար:

Ավելին, խրամատային սիլիցիումի կարբիդային էներգիայի սարքերն ավելի դժվար են արտադրվում: Ըստ սարքի տարբեր կառուցվածքների՝ սիլիցիումի կարբիդի ուժային սարքերը հիմնականում կարելի է բաժանել հարթ սարքերի և խրամուղիների։ Պլանավոր սիլիցիումի կարբիդային էներգիայի սարքերն ունեն լավ միավորի հետևողականություն և պարզ արտադրական գործընթաց, բայց հակված են JFET էֆեկտին և ունեն բարձր մակաբուծական հզորություն և կայուն դիմադրություն: Համեմատ հարթ սարքերի հետ՝ խրամատային սիլիցիումի կարբիդային էներգիայի սարքերն ունեն ավելի ցածր միավորի հետևողականություն և ունեն ավելի բարդ արտադրական գործընթաց: Այնուամենայնիվ, խրամուղու կառուցվածքը նպաստում է սարքի միավորի խտության բարձրացմանը և ավելի քիչ հավանական է, որ առաջացնի JFET էֆեկտ, որը ձեռնտու է ալիքների շարժունակության խնդիրը լուծելու համար: Այն ունի հիանալի հատկություններ, ինչպիսիք են փոքր միացման դիմադրությունը, փոքր մակաբուծական հզորությունը և անջատիչ էներգիայի ցածր սպառումը: Այն ունի ծախսերի և կատարողականի զգալի առավելություններ և դարձել է սիլիցիումի կարբիդային էներգիայի սարքերի զարգացման հիմնական ուղղությունը: Ըստ Rohm-ի պաշտոնական կայքի՝ ROHM Gen3 կառուցվածքը (Gen1 Trench կառուցվածքը) Gen2 (Plannar2) չիպի տարածքի միայն 75%-ն է, իսկ ROHM Gen3 կառուցվածքի դիմադրությունը նույն չիպի չափի դեպքում կրճատվում է 50%-ով:

Սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտի, էպիտաքսիայի, ճակատային մասի, հետազոտության և զարգացման ծախսերը և այլ ծախսերը կազմում են համապատասխանաբար սիլիցիումի կարբիդային սարքերի արտադրության արժեքի 47%, 23%, 19%, 6% և 5%:

Վերջապես, մենք կկենտրոնանանք սիլիցիումի կարբիդի արդյունաբերության շղթայում սուբստրատների տեխնիկական խոչընդոտների վերացման վրա:

Սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտերի արտադրության գործընթացը նման է սիլիցիումի վրա հիմնված ենթաշերտերի արտադրությանը, բայց ավելի բարդ:
Սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտի արտադրության գործընթացը հիմնականում ներառում է հումքի սինթեզ, բյուրեղների աճ, ձուլակտորների մշակում, ձուլակտորների կտրում, վաֆլի մանրացում, փայլեցում, մաքրում և այլ կապեր:
Բյուրեղների աճի փուլը ամբողջ գործընթացի առանցքն է, և այս քայլը որոշում է սիլիցիումի կարբիդի սուբստրատի էլեկտրական հատկությունները:

Սիլիցիումի կարբիդային նյութերը նորմալ պայմաններում դժվար է աճել հեղուկ փուլում: Այսօր շուկայում տարածված գոլորշիների փուլի աճի մեթոդը ունի 2300°C-ից բարձր աճի ջերմաստիճան և պահանջում է աճի ջերմաստիճանի ճշգրիտ վերահսկում: Գործողության ողջ ընթացքը գրեթե դժվար է դիտարկել: Աննշան սխալը կհանգեցնի արտադրանքի ջնջմանը: Համեմատության համար, սիլիցիումային նյութերը պահանջում են միայն 1600℃, ինչը շատ ավելի ցածր է: Սիլիցիումի կարբիդային ենթաշերտերի պատրաստումը նույնպես բախվում է դժվարությունների, ինչպիսիք են բյուրեղների դանդաղ աճը և բյուրեղային ձևի բարձր պահանջները: Սիլիցիումի կարբիդի վաֆլի աճը տևում է մոտ 7-ից 10 օր, մինչդեռ սիլիցիումի ձողերով ձգումը տևում է ընդամենը 2 ու կես օր: Ավելին, սիլիցիումի կարբիդը նյութ է, որի կարծրությունը զիջում է միայն ադամանդին: Այն շատ կկորցնի կտրման, հղկման և փայլեցման ժամանակ, իսկ արտադրանքի հարաբերակցությունը կազմում է ընդամենը 60%:

Մենք գիտենք, որ միտումն է մեծացնել սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտերի չափերը, քանի որ չափերը շարունակում են աճել, տրամագծի ընդլայնման տեխնոլոգիայի պահանջները գնալով ավելի են բարձրանում: Բյուրեղների կրկնվող աճին հասնելու համար պահանջվում է տարբեր տեխնիկական հսկողության տարրերի համադրություն: