Tæknilegir erfiðleikar við að framleiða stöðugt hágæða kísilkarbíðplötur með stöðugri afköstum eru:
1) Þar sem kristallar þurfa að vaxa í háhita lokuðu umhverfi yfir 2000°C, eru kröfur um hitastýringu mjög miklar;
2) Þar sem kísilkarbíð hefur meira en 200 kristalbyggingar, en aðeins örfáar mannvirki af einkristalla kísilkarbíði eru nauðsynleg hálfleiðaraefni, þarf að stjórna nákvæmlega kísil-til-kolefnishlutfallinu, vaxtarhitastigi og kristalvexti meðan á kristalvaxtarferlið. Færibreytur eins og hraði og loftflæðisþrýstingur;
3) Undir gufufasa flutningsaðferðinni er þvermál stækkunartækni kísilkarbíðs kristalvaxtar mjög erfitt;
4) Hörku kísilkarbíðs er nálægt hörku demants og skurðar-, mala- og fægjaaðferðir eru erfiðar.
SiC epitaxial oblátur: venjulega framleidd með efnagufuútfellingu (CVD) aðferð. Samkvæmt mismunandi lyfjategundum er þeim skipt í n-gerð og p-gerð epitaxial oblátur. Innlendar Hantian Tiancheng og Dongguan Tianyu geta nú þegar útvegað 4 tommu/6 tommu SiC epitaxial oblátur. Fyrir SiC epitaxy er erfitt að stjórna á háspennusviðinu og gæði SiC epitaxy hafa meiri áhrif á SiC tæki. Þar að auki er epitaxial búnaður einokaður af fjórum leiðandi fyrirtækjum í greininni: Axitron, LPE, TEL og Nuflare.
Silicon carbide epitaxialoblát vísar til kísilkarbíðskífunnar þar sem ein kristallfilma (epitaxial lag) með ákveðnum kröfum og það sama og undirlagskristallinn er ræktaður á upprunalegu kísilkarbíð undirlaginu. Epitaxial vöxtur notar aðallega CVD (Chemical Vapor Deposition, ) búnað eða MBE (Molecular Beam Epitaxy) búnað. Þar sem kísilkarbíð tæki eru framleidd beint í epitaxial laginu, hefur gæði epitaxial lagsins bein áhrif á frammistöðu og afrakstur tækisins. Eins og spennuþolið frammistöðu tækisins heldur áfram að aukast, verður þykkt samsvarandi epitaxial lags þykkari og stjórnunin verður erfiðari.Almennt, þegar spennan er um 600V, er nauðsynleg epitaxial lagþykkt um 6 míkron; þegar spennan er á milli 1200-1700V, nær nauðsynleg þykkt þekjulaga 10-15 míkron. Ef spennan nær meira en 10.000 volt, getur verið þörf á þykkt þekjulaga sem er meira en 100 míkron. Eftir því sem þykkt epitaxial lagsins heldur áfram að aukast verður sífellt erfiðara að stjórna þykkt og viðnám einsleitni og gallaþéttleika.
SiC tæki: Alþjóðlega hafa 600 ~ 1700V SiC SBD og MOSFET verið iðnvædd. Almennar vörur starfa við spennustig undir 1200V og taka fyrst og fremst upp TO-umbúðir. Hvað verð varðar eru SiC vörur á alþjóðlegum markaði verðlagðar á um það bil 5-6 sinnum hærra verð en SiC hliðstæða þeirra. Hins vegar lækkar verðið um 10% á ári. með stækkun á efni og tækjaframleiðslu á næstu 2-3 árum mun framboð á markaði aukast sem leiðir til frekari verðlækkana. Gert er ráð fyrir að þegar verðið nær 2-3 sinnum hærra en Si-vörur muni kostir minni kerfiskostnaðar og bættrar frammistöðu smám saman knýja SiC til að hernema markaðsrými Si-tækja.
Hefðbundnar umbúðir eru byggðar á undirlagi sem byggir á sílikon, en þriðju kynslóðar hálfleiðaraefni þurfa alveg nýja hönnun. Notkun hefðbundinna kísilpökkunarbúnaðar fyrir raforkutæki með breitt bandbil getur kynnt ný vandamál og áskoranir sem tengjast tíðni, hitastjórnun og áreiðanleika. SiC afltæki eru næmari fyrir sníkjurýmum og inductance. Samanborið við Si tæki, hafa SiC kraftflísar hraðari skiptihraða, sem getur leitt til ofskots, sveiflu, aukins skiptitaps og jafnvel bilana í tækjum. Að auki starfa SiC afltæki við hærra hitastig, sem krefst fullkomnari hitastjórnunartækni.
Margvísleg mismunandi uppbygging hefur verið þróuð á sviði hálfleiðaraaflumbúða með breitt bandgap. Hefðbundin Si-undirstaða afleiningarumbúðir henta ekki lengur. Til að leysa vandamálin með háum sníkjubreytum og lélegri hitaleiðni skilvirkni hefðbundinna SiC-undirstaða afleiningarumbúða, samþykkja SiC afleiningarumbúðir þráðlausa samtengingu og tvíhliða kælitækni í uppbyggingu sinni og samþykkja einnig undirlagsefnin með betri hitauppstreymi. leiðni, og reynt að samþætta aftengingarþétta, hita-/straumskynjara og drifrásir inn í einingarbygginguna og þróað margvíslega mismunandi einingarpökkunartækni. Þar að auki eru miklar tæknilegar hindranir fyrir framleiðslu SiC tækja og framleiðslukostnaður er hár.
Kísilkarbíð tæki eru framleidd með því að setja epitaxial lög á kísilkarbíð hvarfefni í gegnum CVD. Ferlið felur í sér hreinsun, oxun, ljósþurrkun, ætingu, afhreinsun á ljósþolnum, jónaígræðslu, efnagufuútfellingu kísilnítríðs, fægja, sputtering og síðari vinnsluþrep til að mynda uppbygging tækisins á SiC einkristalla undirlaginu. Helstu tegundir SiC afltækja eru SiC díóða, SiC smári og SiC afleiningar. Vegna þátta eins og hægs efnisframleiðsluhraða andstreymis og lágs afraksturshlutfalls hafa kísilkarbíðtæki tiltölulega háan framleiðslukostnað.
Að auki hefur framleiðsla á kísilkarbíðbúnaði ákveðna tæknilega erfiðleika:
1) Nauðsynlegt er að þróa sérstakt ferli sem er í samræmi við eiginleika kísilkarbíðefna. Til dæmis: SiC hefur hátt bræðslumark, sem gerir hefðbundna hitauppstreymi árangurslausa. Nauðsynlegt er að nota lyfjameðferð með jónaígræðslu og stjórna nákvæmlega breytum eins og hitastigi, hitunarhraða, lengd og gasflæði; SiC er óvirkt fyrir efnafræðilegum leysum. Nota skal aðferðir eins og þurrt ætingu og fínstilla og þróa grímuefni, gasblöndur, eftirlit með halla hliðarveggs, hraða ætingar, ójöfnur hliðarvegg o.s.frv.;
2) Framleiðsla á málmrafskautum á kísilkarbíðskífum krefst snertiviðnáms undir 10-5Ω2. Rafskautsefnin sem uppfylla kröfurnar, Ni og Al, hafa lélegan hitastöðugleika yfir 100°C, en Al/Ni hefur betri hitastöðugleika. Snertisértæk viðnám /W/Au samsetts rafskautsefnis er 10-3Ω2 hærra;
3) SiC hefur mikið skurðarslit og hörku SiC er næst á eftir demanti, sem setur fram meiri kröfur um klippingu, slípun, fægja og aðra tækni.
Þar að auki er erfiðara að framleiða skurðar kísilkarbíð raforkutæki. Samkvæmt mismunandi uppbyggingu tækja er hægt að skipta kísilkarbíðaflbúnaði aðallega í slétt tæki og skurðartæki. Slétt kísilkarbíð afltæki hafa góða samkvæmni eininga og einfalt framleiðsluferli, en eru viðkvæmt fyrir JFET áhrifum og hafa mikla sníkjurýmd og viðnám í ástandi. Í samanburði við slétt tæki hafa skurðar kísilkarbíð afltæki lægri einingasamkvæmni og hafa flóknara framleiðsluferli. Hins vegar er skurðarbyggingin til þess fallin að auka þéttleika tækiseininga og er ólíklegri til að framleiða JFET áhrif, sem er gagnleg til að leysa vandamálið með hreyfanleika rásar. Það hefur framúrskarandi eiginleika eins og lítið á viðnám, lítið sníkjudýr rýmd og lágt rofi orkunotkun. Það hefur verulegan kostnaðar- og afkastakosti og hefur orðið almenn stefna í þróun kísilkarbíðrafltækja. Samkvæmt opinberri vefsíðu Rohm er ROHM Gen3 uppbyggingin (Gen1 Trench uppbygging) aðeins 75% af Gen2 (Plannar2) flísarsvæðinu og viðnám ROHM Gen3 uppbyggingarinnar minnkar um 50% undir sömu flísastærð.
Kísilkarbíð hvarfefni, epitaxy, framhlið, rannsóknar- og þróunarkostnaður og aðrir eru 47%, 23%, 19%, 6% og 5% af framleiðslukostnaði kísilkarbíðtækja í sömu röð.
Að lokum munum við leggja áherslu á að brjóta niður tæknilegar hindranir hvarfefna í kísilkarbíðiðnaðarkeðjunni.
Framleiðsluferli kísilkarbíð hvarfefna er svipað og kísil-undirstaða hvarfefni, en erfiðara.
Framleiðsluferlið kísilkarbíðhvarfefnis felur almennt í sér myndun hráefna, kristalvöxt, vinnslu á hleifum, klippingu á hleifum, mölun á oblátum, fægja, hreinsun og aðra hlekki.
Kristalvaxtarstigið er kjarninn í öllu ferlinu og þetta skref ákvarðar rafeiginleika kísilkarbíð undirlagsins.
Erfitt er að rækta kísilkarbíð efni í fljótandi fasa við venjulegar aðstæður. Gufufasavaxtaraðferðin sem er vinsæl á markaðnum í dag hefur vaxtarhita yfir 2300°C og krefst nákvæmrar stjórnunar á vaxtarhitanum. Allt aðgerðarferlið er næstum erfitt að fylgjast með. Lítilsháttar villa mun leiða til úreldingar vöru. Til samanburðar þurfa sílikonefni aðeins 1600 ℃, sem er mun lægra. Undirbúningur kísilkarbíð hvarfefnis stendur einnig frammi fyrir erfiðleikum eins og hægur kristalvöxtur og miklar kröfur um kristalform. Vöxtur kísilkarbíðskífunnar tekur um 7 til 10 daga, en að draga kísilstangir tekur aðeins 2 og hálfan dag. Þar að auki er kísilkarbíð efni þar sem hörku er næst á eftir demanti. Það mun tapa miklu við að klippa, mala og fægja og framleiðsluhlutfallið er aðeins 60%.
Við vitum að þróunin er að auka stærð kísilkarbíð hvarfefna, þar sem stærðin heldur áfram að aukast, kröfurnar um þvermál stækkunartækni verða hærri og hærri. Það krefst blöndu af ýmsum tæknilegum stjórnunarþáttum til að ná endurteknum vexti kristalla.
Birtingartími: maí-22-2024