რა ტექნიკური ბარიერები აქვს სილიციუმის კარბიდს?Ⅱ

ტექნიკური სირთულეები სტაბილურად მასობრივი წარმოების მაღალი ხარისხის სილიციუმის კარბიდის ვაფლების სტაბილური ეფექტურობით მოიცავს:

1) ვინაიდან კრისტალები უნდა გაიზარდონ მაღალტემპერატურულ დახურულ გარემოში 2000°C-ზე ზემოთ, ტემპერატურის კონტროლის მოთხოვნები უკიდურესად მაღალია;
2) ვინაიდან სილიციუმის კარბიდს აქვს 200-ზე მეტი კრისტალური სტრუქტურა, მაგრამ ერთკრისტალური სილიციუმის კარბიდის მხოლოდ რამდენიმე სტრუქტურაა საჭირო ნახევარგამტარული მასალა, სილიციუმის ნახშირბადის თანაფარდობა, ზრდის ტემპერატურის გრადიენტი და კრისტალების ზრდა ზუსტად უნდა იყოს კონტროლირებადი. კრისტალების ზრდის პროცესი. პარამეტრები, როგორიცაა სიჩქარე და ჰაერის ნაკადის წნევა;
3) ორთქლის ფაზის გადაცემის მეთოდით, სილიციუმის კარბიდის ბროლის ზრდის დიამეტრის გაფართოების ტექნოლოგია უკიდურესად რთულია;
4) სილიციუმის კარბიდის სიმტკიცე ახლოს არის ალმასის სიხისტესთან და რთულია ჭრის, დაფქვისა და გაპრიალების ტექნიკა.

SiC ეპიტაქსიალური ვაფლები: ჩვეულებრივ დამზადებულია ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) მეთოდით. დოპინგის სხვადასხვა ტიპების მიხედვით, ისინი იყოფა n ტიპის და p ტიპის ეპიტაქსიურ ვაფლებად. შიდა Hantian Tiancheng-სა და Dongguan Tianyu-ს უკვე შეუძლიათ 4-დიუმიანი/6-დიუმიანი SiC ეპიტაქსიალური ვაფლების მიწოდება. SiC ეპიტაქსიისთვის რთულია კონტროლი მაღალი ძაბვის ველში და SiC ეპიტაქსიის ხარისხი უფრო დიდ გავლენას ახდენს SiC მოწყობილობებზე. უფრო მეტიც, ეპიტაქსიალური აღჭურვილობა მონოპოლიზებულია ინდუსტრიის ოთხი წამყვანი კომპანიის მიერ: Axitron, LPE, TEL და Nuflare.

სილიციუმის კარბიდი ეპიტაქსიალურივაფლი ეხება სილიციუმის კარბიდის ვაფლს, რომელშიც ერთკრისტალური ფილმი (ეპიტაქსიალური ფენა) გარკვეული მოთხოვნებით და იგივე სუბსტრატის კრისტალი იზრდება სილიციუმის კარბიდის თავდაპირველ სუბსტრატზე. ეპიტაქსიური ზრდა ძირითადად იყენებს CVD (Chemical Vapor Deposition, ) აღჭურვილობას ან MBE (Molecular Beam Epitaxy) აღჭურვილობას. ვინაიდან სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობები იწარმოება უშუალოდ ეპიტაქსიალურ ფენაში, ეპიტაქსიალური ფენის ხარისხი პირდაპირ გავლენას ახდენს მოწყობილობის მუშაობასა და მოსავლიანობაზე. მოწყობილობის ძაბვის გამძლეობის ზრდასთან ერთად, შესაბამისი ეპიტაქსიური ფენის სისქე უფრო სქელია და კონტროლი რთულდება. ზოგადად, როდესაც ძაბვა არის დაახლოებით 600 ვ, საჭირო ეპიტაქსიალური ფენის სისქე დაახლოებით 6 მიკრონი; როდესაც ძაბვა არის 1200-1700 ვ-ს შორის, საჭირო ეპიტაქსიალური ფენის სისქე 10-15 მიკრონს აღწევს. თუ ძაბვა აღწევს 10000 ვოლტზე მეტს, შეიძლება საჭირო გახდეს ეპიტაქსიალური ფენის სისქე 100 მიკრონზე მეტი. ეპიტაქსიური ფენის სისქის ზრდასთან ერთად სულ უფრო რთული ხდება სისქის და წინააღმდეგობის ერთგვაროვნებისა და დეფექტის სიმკვრივის კონტროლი.

SiC მოწყობილობები: საერთაშორისო მასშტაბით, 600~1700V SiC SBD და MOSFET იქნა ინდუსტრიული. ძირითადი პროდუქტები მუშაობენ ძაბვის დონეზე 1200 ვ-ზე დაბალ დონეზე და ძირითადად იღებენ TO შეფუთვას. ფასების თვალსაზრისით, საერთაშორისო ბაზარზე SiC პროდუქციის ფასი დაახლოებით 5-6-ჯერ მაღალია, ვიდრე მათი Si კოლეგები. თუმცა ფასები წლიური 10%-ით იკლებს. მომდევნო 2-3 წლის განმავლობაში ზედა დინების მასალებისა და მოწყობილობების წარმოების გაფართოებით, ბაზარზე მიწოდება გაიზრდება, რაც გამოიწვევს ფასების შემდგომ შემცირებას. მოსალოდნელია, რომ როდესაც ფასი 2-3-ჯერ აღემატება Si პროდუქტებს, სისტემური ხარჯების შემცირებითა და გაუმჯობესებული მუშაობის შედეგად მიღებული უპირატესობები თანდათანობით მიიყვანს SiC-ს Si მოწყობილობების ბაზრის სივრცის დაკავებამდე.
ტრადიციული შეფუთვა დაფუძნებულია სილიკონზე დაფუძნებულ სუბსტრატებზე, ხოლო მესამე თაობის ნახევარგამტარული მასალები მოითხოვს სრულიად ახალ დიზაინს. სილიკონზე დაფუძნებული ტრადიციული შეფუთვის სტრუქტურების გამოყენება ფართო დიაპაზონის სიმძლავრის მოწყობილობებისთვის შეიძლება გამოიწვიოს ახალი საკითხები და გამოწვევები, რომლებიც დაკავშირებულია სიხშირესთან, თერმული მენეჯმენტთან და საიმედოობასთან. SiC დენის მოწყობილობები უფრო მგრძნობიარეა პარაზიტული ტევადობისა და ინდუქციურობის მიმართ. Si მოწყობილობებთან შედარებით, SiC დენის ჩიპებს აქვთ გადართვის უფრო სწრაფი სიჩქარე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს გადაჭარბება, რხევა, გადართვის დანაკარგების გაზრდა და მოწყობილობის გაუმართაობაც კი. გარდა ამისა, SiC დენის მოწყობილობები მუშაობენ უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, რაც საჭიროებს თერმული მართვის უფრო მოწინავე ტექნიკას.

ფართო ზოლიანი ნახევარგამტარული ელექტრული შეფუთვის სფეროში შემუშავებულია სხვადასხვა სტრუქტურები. ტრადიციული Si-ზე დაფუძნებული დენის მოდულის შეფუთვა აღარ არის შესაფერისი. ტრადიციული Si-ზე დაფუძნებული სიმძლავრის მოდულის შეფუთვის მაღალი პარაზიტული პარამეტრების და დაბალი სითბოს გაფრქვევის ეფექტურობის პრობლემების გადასაჭრელად, SiC სიმძლავრის მოდულის შეფუთვა იყენებს უკაბელო ურთიერთდაკავშირებას და ორმხრივ გაგრილების ტექნოლოგიას თავის სტრუქტურაში, ასევე იყენებს სუბსტრატის მასალებს უკეთესი თერმით. გამტარობა, და ცდილობდა მოდულის სტრუქტურაში გაეერთიანებინა გამყოფი კონდენსატორები, ტემპერატურის/დენის სენსორები და წამყვანი სქემები და შეიმუშავა სხვადასხვა მოდული შეფუთვის ტექნოლოგიები. უფრო მეტიც, არსებობს მაღალი ტექნიკური ბარიერები SiC მოწყობილობების წარმოებაში და წარმოების ხარჯები მაღალია.

სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობები იწარმოება ეპიტაქსიალური ფენების დეპონირებით სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატზე CVD-ის მეშვეობით. პროცესი მოიცავს გაწმენდას, დაჟანგვას, ფოტოლითოგრაფიას, გრავირებას, ფოტორეზისტის ამოღებას, იონების იმპლანტაციას, სილიციუმის ნიტრიდის ქიმიურ ორთქლის დეპონირებას, გაპრიალებას, დაფხვრას და შემდგომ დამუშავების ეტაპებს SiC ერთკრისტალურ სუბსტრატზე მოწყობილობის სტრუქტურის ფორმირებისთვის. SiC დენის მოწყობილობების ძირითადი ტიპები მოიცავს SiC დიოდებს, SiC ტრანზისტორებს და SiC დენის მოდულებს. ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა ნელი მასალის წარმოების სიჩქარე და დაბალი მოსავლიანობა, სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობებს შედარებით მაღალი წარმოების ხარჯები აქვთ.

გარდა ამისა, სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობის წარმოებას აქვს გარკვეული ტექნიკური სირთულეები:

1) აუცილებელია კონკრეტული პროცესის შემუშავება, რომელიც შეესაბამება სილიციუმის კარბიდის მასალების მახასიათებლებს. მაგალითად: SiC-ს აქვს მაღალი დნობის წერტილი, რაც ტრადიციულ თერმული დიფუზიას არაეფექტურს ხდის. აუცილებელია იონური იმპლანტაციის დოპინგის მეთოდის გამოყენება და ისეთი პარამეტრების ზუსტად კონტროლი, როგორიცაა ტემპერატურა, გათბობის სიჩქარე, ხანგრძლივობა და გაზის ნაკადი; SiC ინერტულია ქიმიური გამხსნელების მიმართ. უნდა იქნას გამოყენებული ისეთი მეთოდები, როგორიცაა მშრალი გრავირება, და უნდა იყოს ოპტიმიზირებული და შემუშავებული ნიღბის მასალები, გაზის ნარევები, გვერდითი კედლის დახრილობის კონტროლი, აკრავის სიჩქარე, გვერდითი კედლის უხეშობა და ა.შ.
2) ლითონის ელექტროდების დამზადება სილიციუმის კარბიდის ვაფლებზე მოითხოვს კონტაქტურ წინააღმდეგობას 10-5Ω2 ქვემოთ. ელექტროდის მასალებს, რომლებიც აკმაყოფილებენ მოთხოვნებს, Ni და Al, აქვთ ცუდი თერმული სტაბილურობა 100°C-ზე ზემოთ, მაგრამ Al/Ni-ს აქვს უკეთესი თერმული სტაბილურობა. /W/Au კომპოზიტური ელექტროდის მასალის კონტაქტური სპეციფიკური წინააღმდეგობა 10-3Ω2-ით მეტია;
3) SiC-ს აქვს მაღალი ჭრის ცვეთა და SiC-ის სიხისტე მეორეა მხოლოდ ალმასის შემდეგ, რაც უფრო მაღალ მოთხოვნებს აყენებს ჭრის, დაფქვის, გაპრიალების და სხვა ტექნოლოგიების მიმართ.

უფრო მეტიც, თხრილის სილიციუმის კარბიდის დენის მოწყობილობების წარმოება უფრო რთულია. მოწყობილობის სხვადასხვა სტრუქტურის მიხედვით, სილიციუმის კარბიდის სიმძლავრის მოწყობილობები ძირითადად შეიძლება დაიყოს პლანტურ მოწყობილობებად და თხრილის მოწყობილობებად. პლანზური სილიციუმის კარბიდის სიმძლავრის მოწყობილობებს აქვთ კარგი ერთეული თანმიმდევრულობა და მარტივი წარმოების პროცესი, მაგრამ მიდრეკილნი არიან JFET ეფექტისკენ და აქვთ მაღალი პარაზიტული ტევადობა და მდგომარეობის წინააღმდეგობა. პლანტარ მოწყობილობებთან შედარებით, თხრილის სილიციუმის კარბიდის სიმძლავრის მოწყობილობებს აქვთ ქვედა კონსისტენცია და აქვთ უფრო რთული წარმოების პროცესი. თუმცა, თხრილის სტრუქტურა ხელს უწყობს მოწყობილობის ერთეულის სიმკვრივის გაზრდას და ნაკლებად სავარაუდოა, რომ წარმოქმნას JFET ეფექტი, რაც სასარგებლოა არხის მობილობის პრობლემის გადასაჭრელად. მას აქვს შესანიშნავი თვისებები, როგორიცაა მცირე წინააღმდეგობა, მცირე პარაზიტული ტევადობა და დაბალი გადართვის ენერგიის მოხმარება. მას აქვს მნიშვნელოვანი ღირებულებისა და შესრულების უპირატესობები და გახდა სილიციუმის კარბიდის დენის მოწყობილობების განვითარების მთავარი მიმართულება. Rohm-ის ოფიციალური ვებსაიტის მიხედვით, ROHM Gen3 სტრუქტურა (Gen1 Trench სტრუქტურა) არის Gen2 (Plannar2) ჩიპის ფართობის მხოლოდ 75%, ხოლო ROHM Gen3 სტრუქტურის წინააღმდეგობა მცირდება 50%-ით იმავე ჩიპის ზომის პირობებში.

სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატი, ეპიტაქსია, წინა ნაწილი, R&D ხარჯები და სხვები შეადგენს სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობების წარმოების ღირებულების შესაბამისად 47%, 23%, 19%, 6% და 5%.

და ბოლოს, ჩვენ ყურადღებას გავამახვილებთ სუბსტრატების ტექნიკური ბარიერების განადგურებაზე სილიციუმის კარბიდის ინდუსტრიის ჯაჭვში.

სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების წარმოების პროცესი მსგავსია სილიკონზე დაფუძნებული სუბსტრატებისა, მაგრამ უფრო რთული.
სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის წარმოების პროცესი ზოგადად მოიცავს ნედლეულის სინთეზს, კრისტალების ზრდას, ღეროების დამუშავებას, ღეროების ჭრას, ვაფლის დაფქვას, გაპრიალებას, გაწმენდას და სხვა ბმულებს.
კრისტალების ზრდის ეტაპი არის მთელი პროცესის ბირთვი და ეს ნაბიჯი განსაზღვრავს სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის ელექტრულ თვისებებს.

სილიციუმის კარბიდის მასალები ძნელად იზრდება თხევად ფაზაში ნორმალურ პირობებში. დღესდღეობით ბაზარზე პოპულარული ორთქლის ფაზის ზრდის მეთოდს აქვს ზრდის ტემპერატურა 2300°C-ზე მეტი და საჭიროებს ზრდის ტემპერატურის ზუსტ კონტროლს. მთელი ოპერაციული პროცესის დაკვირვება თითქმის რთულია. მცირე შეცდომა გამოიწვევს პროდუქტის გაუქმებას. შედარებისთვის, სილიკონის მასალებს მხოლოდ 1600℃ სჭირდება, რაც გაცილებით დაბალია. სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების მომზადება ასევე აწყდება სირთულეებს, როგორიცაა ბროლის ნელი ზრდა და კრისტალური ფორმის მაღალი მოთხოვნები. სილიციუმის კარბიდის ვაფლის ზრდას სჭირდება დაახლოებით 7-დან 10 დღემდე, ხოლო სილიკონის ღეროების ამოღებას მხოლოდ 2 და ნახევარი დღე სჭირდება. უფრო მეტიც, სილიციუმის კარბიდი არის მასალა, რომლის სიმტკიცე მეორეა მხოლოდ ალმასის შემდეგ. ის ბევრს დაკარგავს ჭრის, დაფქვისა და გაპრიალების დროს, გამომავალი თანაფარდობა კი მხოლოდ 60%-ია.

ჩვენ ვიცით, რომ ტენდენცია გაზრდის სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების ზომას, რადგან ზომა აგრძელებს ზრდას, მოთხოვნები დიამეტრის გაფართოების ტექნოლოგიაზე უფრო და უფრო მაღალი ხდება. ის მოითხოვს სხვადასხვა ტექნიკური კონტროლის ელემენტების კომბინაციას კრისტალების განმეორებითი ზრდის მისაღწევად.