La prima generazione di materiali semiconduttori è rappresentata dai tradizionali silicio (Si) e germanio (Ge), che costituiscono la base per la produzione di circuiti integrati. Sono ampiamente utilizzati nei transistor e nei rilevatori a bassa tensione, bassa frequenza e bassa potenza. Oltre il 90% dei prodotti a semiconduttori sono realizzati con materiali a base di silicio;
I materiali semiconduttori di seconda generazione sono rappresentati dall'arseniuro di gallio (GaAs), dal fosfuro di indio (InP) e dal fosfuro di gallio (GaP). Rispetto ai dispositivi basati sul silicio, hanno proprietà optoelettroniche ad alta frequenza e alta velocità e sono ampiamente utilizzati nei campi dell'optoelettronica e della microelettronica. ;
La terza generazione di materiali semiconduttori è rappresentata da materiali emergenti come il carburo di silicio (SiC), il nitruro di gallio (GaN), l'ossido di zinco (ZnO), il diamante (C) e il nitruro di alluminio (AlN).
Carburo di silicioè un importante materiale di base per lo sviluppo dell'industria dei semiconduttori di terza generazione. I dispositivi di potenza in carburo di silicio possono soddisfare efficacemente i requisiti di alta efficienza, miniaturizzazione e leggerezza dei sistemi elettronici di potenza grazie alla loro eccellente resistenza all'alta tensione, resistenza alle alte temperature, basse perdite e altre proprietà.
A causa delle sue proprietà fisiche superiori: elevato gap di banda (corrispondente a un campo elettrico ad alta rottura e ad un'elevata densità di potenza), elevata conduttività elettrica ed elevata conduttività termica, si prevede che diventi il materiale di base più utilizzato per la produzione di chip semiconduttori in futuro. . Soprattutto nei settori dei veicoli a nuova energia, della produzione di energia fotovoltaica, del trasporto ferroviario, delle reti intelligenti e di altri campi, presenta evidenti vantaggi.
Il processo di produzione del SiC è suddiviso in tre fasi principali: crescita del singolo cristallo di SiC, crescita dello strato epitassiale e produzione del dispositivo, che corrispondono ai quattro anelli principali della catena industriale:substrato, epitassia, dispositivi e moduli.
Il metodo tradizionale di produzione dei substrati utilizza innanzitutto il metodo di sublimazione fisica del vapore per sublimare la polvere in un ambiente sottovuoto ad alta temperatura e far crescere cristalli di carburo di silicio sulla superficie del cristallo seme attraverso il controllo di un campo di temperatura. Utilizzando un wafer di carburo di silicio come substrato, la deposizione chimica da vapore viene utilizzata per depositare uno strato di cristallo singolo sul wafer per formare un wafer epitassiale. Tra questi, la crescita di uno strato epitassiale di carburo di silicio su un substrato conduttivo di carburo di silicio può essere trasformata in dispositivi di potenza, utilizzati principalmente nei veicoli elettrici, nel fotovoltaico e in altri campi; crescita di uno strato epitassiale di nitruro di gallio su un semiisolantesubstrato di carburo di siliciopossono essere ulteriormente trasformati in dispositivi a radiofrequenza, utilizzati nelle comunicazioni 5G e in altri campi.
Per ora, i substrati in carburo di silicio presentano le barriere tecniche più elevate nella catena industriale del carburo di silicio e sono i più difficili da produrre.
Il collo di bottiglia nella produzione del SiC non è stato completamente risolto, la qualità dei pilastri di cristallo della materia prima è instabile e c'è un problema di resa, che porta all'elevato costo dei dispositivi SiC. Occorrono in media solo 3 giorni perché il materiale di silicio si trasformi in una bacchetta di cristallo, ma ci vuole una settimana per una bacchetta di cristallo di carburo di silicio. Una bacchetta di cristallo di silicio generica può crescere fino a 200 cm di lunghezza, ma una bacchetta di cristallo di carburo di silicio può crescere solo di 2 cm. Inoltre, il SiC stesso è un materiale duro e fragile e i wafer realizzati con questo materiale sono soggetti a scheggiature dei bordi quando si utilizza la tradizionale cubettatura meccanica dei wafer, il che influisce sulla resa e sull'affidabilità del prodotto. I substrati SiC sono molto diversi dai tradizionali lingotti di silicio e tutto, dalle attrezzature, ai processi, dalla lavorazione al taglio, deve essere sviluppato per gestire il carburo di silicio.
La catena industriale del carburo di silicio è principalmente divisa in quattro anelli principali: substrato, epitassia, dispositivi e applicazioni. I materiali di substrato sono il fondamento della catena industriale, i materiali epitassiali sono la chiave per la produzione di dispositivi, i dispositivi sono il nucleo della catena industriale e le applicazioni sono la forza trainante per lo sviluppo industriale. L'industria a monte utilizza materie prime per produrre materiali di substrato attraverso metodi di sublimazione fisica del vapore e altri metodi, quindi utilizza metodi di deposizione chimica di vapore e altri metodi per coltivare materiali epitassiali. L’industria midstream utilizza materiali upstream per realizzare dispositivi a radiofrequenza, dispositivi di alimentazione e altri dispositivi, che vengono infine utilizzati nelle comunicazioni 5G downstream. , veicoli elettrici, trasporto ferroviario, ecc. Tra questi, il substrato e l'epitassia rappresentano il 60% del costo della catena industriale e rappresentano il valore principale della catena industriale.
Substrato SiC: i cristalli SiC vengono solitamente prodotti utilizzando il metodo Lely. I prodotti mainstream internazionali stanno passando da 4 pollici a 6 pollici e sono stati sviluppati prodotti con substrato conduttivo da 8 pollici. I substrati domestici sono principalmente da 4 pollici. Poiché le linee di produzione esistenti di wafer di silicio da 6 pollici possono essere aggiornate e trasformate per produrre dispositivi SiC, l’elevata quota di mercato dei substrati SiC da 6 pollici verrà mantenuta per lungo tempo.
Il processo del substrato di carburo di silicio è complesso e difficile da produrre. Il substrato in carburo di silicio è un materiale monocristallino semiconduttore composto composto da due elementi: carbonio e silicio. Attualmente, l'industria utilizza principalmente polvere di carbonio ad elevata purezza e polvere di silicio ad elevata purezza come materie prime per sintetizzare la polvere di carburo di silicio. In uno speciale campo di temperatura, il metodo fisico maturo di trasmissione del vapore (metodo PVT) viene utilizzato per far crescere il carburo di silicio di diverse dimensioni in un forno di crescita dei cristalli. Il lingotto di cristallo viene infine lavorato, tagliato, rettificato, lucidato, pulito e altri molteplici processi per produrre un substrato di carburo di silicio.
Orario di pubblicazione: 22 maggio 2024