რა ტექნიკური ბარიერები აქვს სილიციუმის კარბიდს?

ნახევარგამტარული მასალების პირველი თაობა წარმოდგენილია ტრადიციული სილიციუმით (Si) და გერმანიუმით (Ge), რომლებიც წარმოადგენს ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების საფუძველს. ისინი ფართოდ გამოიყენება დაბალი ძაბვის, დაბალი სიხშირის და დაბალი სიმძლავრის ტრანზისტორებსა და დეტექტორებში. ნახევარგამტარული პროდუქტების 90%-ზე მეტი დამზადებულია სილიკონზე დაფუძნებული მასალებისგან;
მეორე თაობის ნახევარგამტარული მასალები წარმოდგენილია გალიუმის არსენიდით (GaAs), ინდიუმის ფოსფიდით (InP) და გალიუმის ფოსფიდით (GaP). სილიკონზე დაფუძნებულ მოწყობილობებთან შედარებით, მათ აქვთ მაღალი სიხშირის და მაღალი სიჩქარის ოპტოელექტრონული თვისებები და ფართოდ გამოიყენება ოპტოელექტრონული და მიკროელექტრონული სფეროებში. ;
ნახევარგამტარული მასალების მესამე თაობა წარმოდგენილია ისეთი ახალი მასალებით, როგორიცაა სილიციუმის კარბიდი (SiC), გალიუმის ნიტრიდი (GaN), თუთიის ოქსიდი (ZnO), ალმასი (C) და ალუმინის ნიტრიდი (AlN).

სილიციუმის კარბიდიმნიშვნელოვანი ძირითადი მასალაა მესამე თაობის ნახევარგამტარული ინდუსტრიის განვითარებისთვის. სილიკონის კარბიდის სიმძლავრის მოწყობილობებს შეუძლიათ ეფექტურად დააკმაყოფილონ ენერგეტიკული ელექტრონული სისტემების მაღალი ეფექტურობის, მინიატურიზაციისა და მსუბუქი მოთხოვნილებები მათი შესანიშნავი მაღალი ძაბვის წინააღმდეგობით, მაღალი ტემპერატურის წინააღმდეგობით, დაბალი დანაკარგებით და სხვა თვისებებით.

მისი უმაღლესი ფიზიკური თვისებების გამო: მაღალი ზოლის უფსკრული (შეესაბამება მაღალი დაშლის ელექტრულ ველს და მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივეს), მაღალი ელექტრული გამტარობა და მაღალი თბოგამტარობა, მოსალოდნელია, რომ მომავალში ის გახდება ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ძირითადი მასალა ნახევარგამტარული ჩიპების დასამზადებლად. . განსაკუთრებით ახალი ენერგეტიკული მანქანების, ფოტოელექტრული ენერგიის გამომუშავების, სარკინიგზო ტრანზიტის, ჭკვიანი ქსელების და სხვა სფეროებში, მას აშკარა უპირატესობები აქვს.

SiC წარმოების პროცესი დაყოფილია სამ ძირითად ეტაპად: SiC ერთკრისტალური ზრდა, ეპიტაქსიალური ფენის ზრდა და მოწყობილობების წარმოება, რომლებიც შეესაბამება სამრეწველო ჯაჭვის ოთხ ძირითად რგოლს:სუბსტრატი, ეპიტაქსია, მოწყობილობები და მოდულები.

სუბსტრატების წარმოების ძირითადი მეთოდი პირველად იყენებს ფიზიკური ორთქლის სუბლიმაციის მეთოდს ფხვნილის სუბლიმაციისთვის მაღალი ტემპერატურის ვაკუუმურ გარემოში და თესლის კრისტალის ზედაპირზე სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ზრდისთვის ტემპერატურის ველის კონტროლის საშუალებით. სილიციუმის კარბიდის ვაფლის გამოყენებით, როგორც სუბსტრატს, ქიმიური ორთქლის დეპონირება გამოიყენება ვაფლზე ერთი კრისტალის ფენის დასაფენად ეპიტაქსიალური ვაფლის წარმოქმნის მიზნით. მათ შორის, სილიციუმის კარბიდის ეპიტაქსიალური ფენის გაზრდა გამტარ სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატზე შეიძლება გადაკეთდეს ენერგეტიკულ მოწყობილობებად, რომლებიც ძირითადად გამოიყენება ელექტრომობილებში, ფოტოელექტროსადგურებში და სხვა სფეროებში; გალიუმის ნიტრიდის ეპიტაქსიალური ფენის გაზრდა ნახევრად საიზოლაციოსილიციუმის კარბიდის სუბსტრატიშეიძლება შემდგომში გადაიზარდოს რადიოსიხშირული მოწყობილობები, რომლებიც გამოიყენება 5G კომუნიკაციებში და სხვა სფეროებში.

ამ დროისთვის, სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატებს აქვთ უმაღლესი ტექნიკური ბარიერები სილიციუმის კარბიდის ინდუსტრიის ჯაჭვში, ხოლო სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატები ყველაზე რთული წარმოებისთვის.

SiC-ის წარმოების შეფერხება სრულად არ მოგვარებულა, ხოლო ნედლეულის ბროლის სვეტების ხარისხი არასტაბილურია და არსებობს მოსავლიანობის პრობლემა, რაც იწვევს SiC მოწყობილობების მაღალ ფასს. სილიკონის მასალის კრისტალურ ღეროში გადაქცევას საშუალოდ 3 დღე სჭირდება, მაგრამ სილიციუმის კარბიდის ბროლის ღეროს ერთი კვირა სჭირდება. ზოგადი სილიკონის კრისტალური ღერო შეიძლება გაიზარდოს 200 სმ სიგრძით, მაგრამ სილიციუმის კარბიდის ბროლის ღერო შეიძლება გაიზარდოს მხოლოდ 2 სმ სიგრძით. უფრო მეტიც, თავად SiC არის მყარი და მტვრევადი მასალა და მისგან დამზადებული ვაფლები მიდრეკილია კიდეების ჭრისკენ, ტრადიციული მექანიკური ჭრის ვაფლის ჭრის გამოყენებისას, რაც გავლენას ახდენს პროდუქტის მოსავლიანობაზე და საიმედოობაზე. SiC სუბსტრატები ძალიან განსხვავდება ტრადიციული სილიკონის ინგოტებისაგან და ყველაფერი დაწყებული აღჭურვილობით, პროცესებიდან, დამუშავებიდან ჭრებამდე უნდა შემუშავდეს სილიციუმის კარბიდის დასამუშავებლად.

სილიციუმის კარბიდის ინდუსტრიის ჯაჭვი ძირითადად იყოფა ოთხ მთავარ რგოლად: სუბსტრატი, ეპიტაქსია, მოწყობილობები და აპლიკაციები. სუბსტრატის მასალები ინდუსტრიის ჯაჭვის საფუძველია, ეპიტაქსიური მასალები არის მოწყობილობების წარმოების გასაღები, მოწყობილობები ინდუსტრიის ჯაჭვის ბირთვია და აპლიკაციები არის სამრეწველო განვითარების მამოძრავებელი ძალა. ზედა დინების ინდუსტრია იყენებს ნედლეულს სუბსტრატის მასალების დასამზადებლად ფიზიკური ორთქლის სუბლიმაციის მეთოდებისა და სხვა მეთოდების მეშვეობით, შემდეგ კი იყენებს ორთქლის ქიმიურ დეპონირების მეთოდებს და სხვა მეთოდებს ეპიტაქსიალური მასალების გასაშენებლად. შუა დინების ინდუსტრია იყენებს ზედა ნაკადის მასალებს რადიოსიხშირული მოწყობილობების, ელექტრო მოწყობილობების და სხვა მოწყობილობების დასამზადებლად, რომლებიც საბოლოოდ გამოიყენება ქვედა დინების 5G კომუნიკაციებში. , ელექტრომობილები, სარკინიგზო ტრანზიტი და ა.შ. მათ შორის სუბსტრატი და ეპიტაქსია ინდუსტრიის ჯაჭვის ღირებულების 60%-ს შეადგენს და წარმოადგენს ინდუსტრიის ჯაჭვის ძირითად ღირებულებას.

SiC სუბსტრატი: SiC კრისტალები ჩვეულებრივ იწარმოება ლელის მეთოდით. საერთაშორისო ძირითადი პროდუქტები გადადის 4 ინჩიდან 6 ინჩზე და შემუშავებულია 8 დიუმიანი გამტარ სუბსტრატის პროდუქტები. საშინაო სუბსტრატები ძირითადად 4 ინჩია. ვინაიდან არსებული 6 დიუმიანი სილიკონის ვაფლის წარმოების ხაზები შეიძლება განახლდეს და გარდაიქმნას SiC მოწყობილობების წარმოებისთვის, 6 დიუმიანი SiC სუბსტრატების ბაზრის მაღალი წილი დიდი ხნის განმავლობაში შენარჩუნდება.

სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის პროცესი რთული და ძნელად გამოსამუშავებელია. სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატი არის რთული ნახევარგამტარული ერთკრისტალური მასალა, რომელიც შედგება ორი ელემენტისგან: ნახშირბადი და სილიციუმი. დღეისათვის ინდუსტრია ძირითადად იყენებს მაღალი სისუფთავის ნახშირბადის ფხვნილს და მაღალი სისუფთავის სილიციუმის ფხვნილს, როგორც ნედლეულს სილიციუმის კარბიდის ფხვნილის სინთეზირებისთვის. სპეციალური ტემპერატურის ველში, მომწიფებული ფიზიკური ორთქლის გადაცემის მეთოდი (PVT მეთოდი) გამოიყენება სხვადასხვა ზომის სილიციუმის კარბიდის გასაშენებლად ბროლის ზრდის ღუმელში. ბროლის ინგოტი საბოლოოდ მუშავდება, იჭრება, დაფქვა, პრიალდება, იწმინდება და სხვა მრავალი პროცესი სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის წარმოებისთვის.