Kesulitan teknis ing wafer silikon karbida sing ngasilake massa kanthi stabil kanthi kinerja stabil kalebu:
1) Wiwit kristal kudu tuwuh ing lingkungan sing disegel suhu dhuwur ing ndhuwur 2000 ° C, syarat kontrol suhu dhuwur banget;
2) Amarga silikon karbida duwe luwih saka 200 struktur kristal, nanging mung sawetara struktur karbida silikon kristal tunggal minangka bahan semikonduktor sing dibutuhake, rasio silikon-karbon, gradien suhu pertumbuhan, lan pertumbuhan kristal kudu dikontrol kanthi tepat sajrone proses wutah kristal. Parameter kayata kacepetan lan tekanan aliran udara;
3) Miturut cara transmisi phase beluk, teknologi expansion diameteripun saka wutah kristal silikon karbida arang banget angel;
4) Kekerasan silikon karbida cedhak karo berlian, lan teknik nglereni, grinding, lan polishing angel.
Wafer epitaxial SiC: biasane diprodhuksi kanthi metode deposisi uap kimia (CVD). Miturut macem-macem jinis doping, dipérang dadi wafer epitaxial tipe n lan p. Tiancheng Hantian Domestik lan Tianyu Dongguan wis bisa nyedhiyakake wafer epitaxial SiC 4 inci / 6 inci. Kanggo epitaxy SiC, angel dikontrol ing lapangan voltase dhuwur, lan kualitas epitaksi SiC duwe pengaruh sing luwih gedhe ing piranti SiC. Kajaba iku, peralatan epitaxial dimonopoli dening papat perusahaan utama ing industri: Axitron, LPE, TEL lan Nuflare.
Silicon carbide epitaxialwafer nuduhake wafer silikon karbida kang film kristal siji (lapisan epitaxial) karo syarat tartamtu lan padha karo kristal landasan wis thukul ing substrate silikon karbida asli. Wutah epitaxial utamane nggunakake peralatan CVD (Chemical Vapor Deposition,) utawa peralatan MBE (Molecular Beam Epitaxy). Wiwit piranti silikon karbida diprodhuksi langsung ing lapisan epitaxial, kualitas lapisan epitaxial langsung mengaruhi kinerja lan ngasilake piranti kasebut. Minangka voltase tahan kinerja piranti terus kanggo nambah, kekandelan saka lapisan epitaxial cocog dadi luwih kenthel lan kontrol dadi luwih angel.Umum, nalika voltase watara 600V, kekandelan lapisan epitaxial sing dibutuhake kira-kira 6 microns; nalika voltase antarane 1200-1700V, kekandelan lapisan epitaxial dibutuhake tekan 10-15 microns. Yen voltase tekan luwih saka 10.000 volt, kekandelan lapisan epitaxial luwih saka 100 microns bisa uga dibutuhake. Minangka kekandelan saka lapisan epitaxial terus kanggo nambah, dadi saya angel kanggo ngontrol kekandelan lan resistivity uniformity lan Kapadhetan cacat.
Piranti SiC: Internasional, 600 ~ 1700V SiC SBD lan MOSFET wis industri. Produk utama beroperasi ing tingkat voltase ing ngisor 1200V lan utamane nganggo kemasan TO. Ing babagan rega, produk SiC ing pasar internasional regane udakara 5-6 kaping luwih dhuwur tinimbang mitra Si. Nanging, rega mudhun ing tingkat taunan 10%. kanthi ekspansi bahan hulu lan produksi piranti ing 2-3 taun sabanjure, pasokan pasar bakal saya tambah, nyebabake pangurangan rega luwih lanjut. Dikarepake yen regane tekan 2-3 kaping luwih saka produk Si, kaluwihan sing digawa kanthi nyuda biaya sistem lan kinerja sing luwih apik bakal mboko sithik nyurung SiC kanggo ngrebut ruang pasar piranti Si.
Kemasan tradisional adhedhasar substrat adhedhasar silikon, dene bahan semikonduktor generasi katelu mbutuhake desain sing anyar. Nggunakake struktur kemasan basis silikon tradisional kanggo piranti daya bandwidth lebar bisa ngenalake masalah lan tantangan anyar sing ana gandhengane karo frekuensi, manajemen termal, lan linuwih. Piranti daya SiC luwih sensitif marang kapasitansi lan induktansi parasit. Dibandhingake karo piranti Si, chip daya SiC duwe kecepatan ngoper luwih cepet, sing bisa nyebabake overshoot, oscillation, tambah mundhut ganti, lan malah malfunctions piranti. Kajaba iku, piranti daya SiC beroperasi ing suhu sing luwih dhuwur, mbutuhake teknik manajemen termal sing luwih maju.
Macem-macem struktur sing beda-beda wis dikembangake ing bidang kemasan daya semikonduktor bandgap lebar. Packaging modul daya basis Si tradisional ora cocok maneh. Kanggo ngatasi masalah paramèter parasit sing dhuwur lan efisiensi boros panas sing kurang saka kemasan modul daya basis tradisional SiC, kemasan modul daya SiC nggunakake sambungan nirkabel lan teknologi pendinginan sisi ganda ing strukture, lan uga nggunakake bahan substrat kanthi termal sing luwih apik. konduktivitas, lan nyoba kanggo nggabungake kapasitor decoupling, suhu / sensor saiki, lan sirkuit drive menyang struktur modul, lan dikembangaké macem-macem teknologi packaging modul beda. Kajaba iku, ana alangan teknis sing dhuwur kanggo manufaktur piranti SiC lan biaya produksi dhuwur.
Piranti silikon karbida diprodhuksi kanthi nyelehake lapisan epitaxial ing substrat silikon karbida liwat CVD. Proses kasebut kalebu reresik, oksidasi, fotolitografi, etsa, pengupasan fotoresist, implantasi ion, deposisi uap kimia saka silikon nitrida, polishing, sputtering, lan langkah-langkah pangolahan sabanjure kanggo mbentuk struktur piranti ing substrat kristal tunggal SiC. Jinis utama piranti daya SiC kalebu dioda SiC, transistor SiC, lan modul daya SiC. Amarga faktor kayata kacepetan produksi bahan hulu sing alon lan tingkat asil sing sithik, piranti karbida silikon duwe biaya manufaktur sing relatif dhuwur.
Kajaba iku, manufaktur piranti silikon karbida duwe kesulitan teknis tartamtu:
1) Perlu ngembangake proses tartamtu sing konsisten karo karakteristik bahan silikon karbida. Contone: SiC nduweni titik leleh sing dhuwur, sing ndadekake difusi termal tradisional ora efektif. Sampeyan kudu nggunakake metode doping implantasi ion lan ngontrol paramèter kanthi akurat kayata suhu, tingkat pemanasan, durasi, lan aliran gas; SiC iku inert kanggo pelarut kimia. Cara kayata etsa garing kudu digunakake, lan bahan topeng, campuran gas, kontrol slope sidewall, tingkat etsa, kekasaran sidewall, lan liya-liyane kudu dioptimalake lan dikembangake;
2) Manufaktur elektroda logam ing wafer silikon karbida mbutuhake resistance kontak ngisor 10-5Ω2. Bahan elektroda sing nyukupi syarat, Ni lan Al, duwe stabilitas termal sing kurang ing ndhuwur 100 ° C, nanging Al / Ni nduweni stabilitas termal sing luwih apik. Rintangan spesifik kontak saka materi elektroda komposit / W / Au yaiku 10-3Ω2 luwih dhuwur;
3) SiC nduweni nyandhang pemotongan sing dhuwur, lan kekerasan SiC mung nomer loro tinimbang berlian, sing nyedhiyakake syarat sing luwih dhuwur kanggo nglereni, grinding, polishing lan teknologi liyane.
Kajaba iku, piranti listrik silikon karbida trench luwih angel digawe. Miturut struktur piranti sing beda, piranti tenaga silikon karbida bisa dipérang dadi piranti planar lan piranti trench. Piranti listrik karbida silikon planar duwe konsistensi unit sing apik lan proses manufaktur sing gampang, nanging gampang kena pengaruh JFET lan duwe kapasitansi parasit sing dhuwur lan resistensi ing negara. Dibandhingake karo piranti planar, piranti listrik silikon karbida trench nduweni konsistensi unit sing luwih murah lan duwe proses manufaktur sing luwih rumit. Nanging, struktur trench kondusif kanggo nambah Kapadhetan unit piranti lan kurang kamungkinan kanggo gawé efek JFET, kang ono gunane kanggo ngatasi masalah mobilitas saluran. Nduwe sifat sing apik kayata resistensi cilik, kapasitansi parasit cilik, lan konsumsi energi switch sing sithik. Nduwe kaluwihan biaya lan kinerja sing signifikan lan wis dadi arah utama pangembangan piranti listrik karbida silikon. Miturut situs web resmi Rohm, struktur ROHM Gen3 (struktur Trench Gen1) mung 75% saka area chip Gen2 (Plannar2), lan resistensi ROHM Gen3 dikurangi 50% miturut ukuran chip sing padha.
Substrat karbida silikon, epitaksi, ngarep, biaya R&D lan liya-liyane yaiku 47%, 23%, 19%, 6% lan 5% saka biaya manufaktur piranti karbida silikon.
Pungkasan, kita bakal fokus kanggo ngilangi alangan teknis substrat ing rantai industri karbida silikon.
Proses produksi substrat silikon karbida padha karo substrat basis silikon, nanging luwih angel.
Proses manufaktur substrat silikon karbida umume kalebu sintesis bahan mentah, pertumbuhan kristal, pangolahan ingot, pemotongan ingot, penggilingan wafer, polishing, reresik lan tautan liyane.
Tahap pertumbuhan kristal minangka inti saka kabeh proses, lan langkah iki nemtokake sifat listrik saka substrat silikon karbida.
Bahan silikon karbida angel tuwuh ing fase cair ing kahanan normal. Cara wutah fase uap sing populer ing pasar saiki duwe suhu wutah ing ndhuwur 2300 ° C lan mbutuhake kontrol suhu wutah sing tepat. Kabeh proses operasi meh angel diamati. Kesalahan sing sithik bakal nyebabake scraping produk. Dibandhingake, bahan silikon mung mbutuhake 1600 ℃, sing luwih murah. Nyiyapake substrat silikon karbida uga ngadhepi kesulitan kayata wutah kristal sing alon lan syarat wujud kristal sing dhuwur. Wutah wafer silikon karbida butuh udakara 7 nganti 10 dina, nalika narik batang silikon mung butuh 2 dina setengah. Kajaba iku, silikon karbida minangka bahan sing kekerasane mung nomer loro tinimbang berlian. Bakal kelangan akeh nalika nglereni, nggiling, lan polishing, lan rasio output mung 60%.
Kita ngerti manawa tren kasebut nambah ukuran substrat silikon karbida, amarga ukurane terus saya tambah, syarat teknologi ekspansi diameter dadi luwih dhuwur lan luwih dhuwur. Mbutuhake kombinasi saka macem-macem unsur kontrol teknis kanggo entuk wutah kristal berulang.
Wektu kirim: Mei-22-2024