Techniniai sunkumai stabiliai masiškai gaminant aukštos kokybės, stabiliai veikiančias silicio karbido plokšteles:
1) Kadangi kristalai turi augti uždaroje aukštoje temperatūroje, aukštesnėje nei 2000 ° C temperatūroje, temperatūros kontrolės reikalavimai yra labai aukšti;
2) Kadangi silicio karbidas turi daugiau nei 200 kristalų struktūrų, tačiau tik kelios vienkristalinio silicio karbido struktūros yra būtinos puslaidininkinės medžiagos, silicio ir anglies santykis, augimo temperatūros gradientas ir kristalų augimas turi būti tiksliai kontroliuojami. kristalų augimo procesas. Tokie parametrai kaip greitis ir oro srauto slėgis;
3) Taikant garų fazės perdavimo metodą, silicio karbido kristalų augimo skersmens plėtimosi technologija yra labai sudėtinga;
4) Silicio karbido kietumas yra artimas deimantų kietumui, o pjovimo, šlifavimo ir poliravimo metodai yra sudėtingi.
SiC epitaksinės plokštelės: paprastai gaminamos cheminio nusodinimo garais (CVD) metodu. Pagal skirtingus dopingo tipus jie skirstomi į n tipo ir p tipo epitaksines plokšteles. Vietiniai Hantian Tiancheng ir Dongguan Tianyu jau gali pateikti 4 colių / 6 colių SiC epitaksines plokšteles. SiC epitaksiją sunku kontroliuoti aukštos įtampos lauke, o SiC epitaksijos kokybė turi didesnį poveikį SiC įrenginiams. Be to, epitaksinę įrangą monopolizuoja keturios pirmaujančios pramonės įmonės: Axitron, LPE, TEL ir Nuflare.
Silicio karbido epitaksinisplokštelė reiškia silicio karbido plokštelę, kurioje monokristalinė plėvelė (epitaksinis sluoksnis) su tam tikrais reikalavimais ir yra toks pat kaip substrato kristalas, auginamas ant originalaus silicio karbido pagrindo. Epitaksiniam augimui dažniausiai naudojama CVD (cheminio nusodinimo iš garų nusodinimo) įranga arba MBE (molekulinio pluošto epitaksijos) įranga. Kadangi silicio karbido įtaisai gaminami tiesiogiai epitaksiniame sluoksnyje, epitaksinio sluoksnio kokybė tiesiogiai veikia prietaiso veikimą ir našumą. Kadangi įrenginio atsparumas įtampai ir toliau didėja, atitinkamo epitaksinio sluoksnio storis tampa storesnis, o valdymas tampa sunkesnis. Paprastai, kai įtampa yra apie 600 V, reikalingas epitaksinio sluoksnio storis yra apie 6 mikronai; kai įtampa yra tarp 1200-1700V, reikalingas epitaksinio sluoksnio storis siekia 10-15 mikronų. Jei įtampa siekia daugiau nei 10 000 voltų, gali reikėti daugiau nei 100 mikronų epitaksinio sluoksnio storio. Kadangi epitaksinio sluoksnio storis ir toliau didėja, tampa vis sunkiau kontroliuoti storio ir varžos vienodumą bei defektų tankį.
SiC įrenginiai: tarptautiniu mastu 600–1700 V SiC SBD ir MOSFET buvo pramoniniai. Pagrindiniai gaminiai veikia esant žemesnei nei 1200 V įtampai ir pirmiausia naudojami TO pakuotėse. Kalbant apie kainas, SiC produktai tarptautinėje rinkoje yra maždaug 5–6 kartus aukštesni nei jų SiC gaminiai. Tačiau kainos kasmet mažėja 10 proc. per ateinančius 2–3 metus išplėtus tiekėjų medžiagų ir įrenginių gamybą, padidės pasiūla rinkoje, todėl kainos toliau mažės. Tikimasi, kad kai kaina pasieks 2–3 kartus didesnę nei Si gaminių kaina, sumažėjusių sistemos sąnaudų ir geresnio veikimo pranašumai pamažu paskatins SiC užimti Si įrenginių rinkos erdvę.
Tradicinės pakuotės yra pagamintos iš silicio pagrindo, o trečios kartos puslaidininkinėms medžiagoms reikalingas visiškai naujas dizainas. Naudojant tradicines silicio pagrindu pagamintas pakavimo struktūras plataus dažnių juostos energijos įrenginiams, gali kilti naujų problemų ir iššūkių, susijusių su dažniu, šilumos valdymu ir patikimumu. SiC maitinimo įrenginiai yra jautresni parazitinei talpai ir induktyvumui. Palyginti su Si įrenginiais, SiC maitinimo lustai turi didesnį perjungimo greitį, o tai gali sukelti viršijimą, svyravimus, padidėjusį perjungimo nuostolį ir netgi įrenginio gedimus. Be to, SiC maitinimo įrenginiai veikia aukštesnėje temperatūroje, todėl reikia pažangesnių šilumos valdymo metodų.
Plataus dažnio puslaidininkių galios pakavimo srityje buvo sukurta įvairių konstrukcijų. Tradicinė Si pagrindu pagamintų galios modulių pakuotė nebetinka. Siekiant išspręsti tradicinių Si pagrindu pagamintų galios modulių pakuotės didelių parazitinių parametrų ir prasto šilumos išsklaidymo efektyvumo problemas, SiC galios modulio pakuotėje įdiegta belaidžio ryšio ir dvipusio aušinimo technologija, taip pat naudojamos geresnės šiluminės substrato medžiagos. laidumo, ir bandė integruoti atjungimo kondensatorius, temperatūros/srovės jutiklius ir pavaros grandines į modulio struktūrą bei sukūrė įvairias skirtingas modulių pakavimo technologijas. Be to, SiC įrenginių gamybai yra didelių techninių kliūčių, o gamybos sąnaudos yra didelės.
Silicio karbido įtaisai gaminami nusodinant epitaksinius sluoksnius ant silicio karbido pagrindo per CVD. Procesas apima valymą, oksidavimą, fotolitografiją, ėsdinimą, fotorezisto pašalinimą, jonų implantavimą, cheminį silicio nitrido nusodinimą garais, poliravimą, purškimą ir vėlesnius apdorojimo etapus, siekiant suformuoti įrenginio struktūrą ant SiC monokristalinio pagrindo. Pagrindiniai SiC maitinimo įrenginių tipai yra SiC diodai, SiC tranzistoriai ir SiC maitinimo moduliai. Dėl tokių veiksnių kaip lėtas medžiagų gamybos greitis ir žemas išeiga, silicio karbido įtaisai turi palyginti dideles gamybos sąnaudas.
Be to, silicio karbido prietaisų gamyba turi tam tikrų techninių sunkumų:
1) Būtina sukurti specifinį procesą, kuris atitiktų silicio karbido medžiagų savybes. Pavyzdžiui: SiC turi aukštą lydymosi temperatūrą, todėl tradicinė šiluminė difuzija yra neveiksminga. Būtina naudoti jonų implantavimo dopingo metodą ir tiksliai kontroliuoti tokius parametrus kaip temperatūra, šildymo greitis, trukmė ir dujų srautas; SiC yra inertiškas cheminiams tirpikliams. Reikėtų naudoti tokius metodus kaip sausas ėsdinimas, optimizuoti ir tobulinti kaukių medžiagas, dujų mišinius, šoninės sienelės nuolydžio kontrolę, ėsdinimo greitį, šoninės sienelės šiurkštumą ir kt.;
2) Gaminant metalinius elektrodus ant silicio karbido plokštelių, kontaktinė varža turi būti mažesnė nei 10-5Ω2. Reikalavimus atitinkančios elektrodų medžiagos Ni ir Al turi prastą terminį stabilumą aukštesnėje nei 100°C temperatūroje, tačiau Al/Ni turi geresnį terminį stabilumą. /W/Au kompozitinės elektrodo medžiagos kontaktinė savitoji varža yra 10-3Ω2 didesnė;
3) SiC pasižymi dideliu pjovimo susidėvėjimu, o SiC kietumu nusileidžia tik deimantams, todėl keliami aukštesni reikalavimai pjovimo, šlifavimo, poliravimo ir kitoms technologijoms.
Be to, tranšėjos silicio karbido jėgos įtaisus yra sunkiau gaminti. Pagal skirtingas įrenginių struktūras silicio karbido galios įtaisus daugiausia galima suskirstyti į plokštuminius ir tranšėjos įtaisus. Plokštieji silicio karbido galios įrenginiai turi gerą vieneto konsistenciją ir paprastą gamybos procesą, tačiau yra linkę į JFET efektą, turi didelę parazitinę talpą ir atsparumą įjungtam būsenai. Palyginti su plokštuminiais įtaisais, tranšėjos silicio karbido galios įrenginiai turi mažesnę vieneto konsistenciją ir sudėtingesnį gamybos procesą. Tačiau tranšėjos struktūra yra palanki padidinti įrenginio vieneto tankį ir mažiau tikėtina, kad sukels JFET efektą, kuris yra naudingas sprendžiant kanalo mobilumo problemą. Jis pasižymi puikiomis savybėmis, tokiomis kaip maža įjungimo varža, maža parazitinė talpa ir mažas perjungimo energijos suvartojimas. Jis turi didelių sąnaudų ir našumo pranašumų ir tapo pagrindine silicio karbido galios įrenginių kūrimo kryptimi. Remiantis oficialia Rohm svetaine, ROHM Gen3 struktūra (Gen1 Trench struktūra) sudaro tik 75% Gen2 (Plannar2) lusto ploto, o ROHM Gen3 struktūros atsparumas įjungimui yra sumažintas 50% naudojant tą patį lusto dydį.
Silicio karbido substratas, epitaksė, priekinė dalis, MTTP išlaidos ir kt. sudaro atitinkamai 47%, 23%, 19%, 6% ir 5% silicio karbido prietaisų gamybos sąnaudų.
Galiausiai, mes sutelksime dėmesį į techninių substratų barjerų panaikinimą silicio karbido pramonės grandinėje.
Silicio karbido substratų gamybos procesas yra panašus į silicio pagrindu pagamintų substratų, bet sunkesnis.
Silicio karbido substrato gamybos procesas paprastai apima žaliavų sintezę, kristalų auginimą, luitų apdorojimą, luitų pjaustymą, plokštelių šlifavimą, poliravimą, valymą ir kitas sąsajas.
Kristalų augimo stadija yra viso proceso šerdis, o šis etapas lemia elektrines silicio karbido pagrindo savybes.
Įprastomis sąlygomis silicio karbido medžiagas sunku auginti skystoje fazėje. Šiandien rinkoje populiaraus garų fazės augimo metodo augimo temperatūra viršija 2300°C ir reikalauja tikslios augimo temperatūros kontrolės. Visą operacijos procesą beveik sunku stebėti. Dėl nedidelės klaidos produktas bus pašalintas. Palyginimui, silicio medžiagoms reikia tik 1600 ℃, o tai yra daug žemesnė. Ruošiant silicio karbido pagrindą taip pat kyla sunkumų, pavyzdžiui, lėtas kristalų augimas ir dideli kristalų formos reikalavimai. Silicio karbido plokštelės augimas trunka apie 7–10 dienų, o silicio strypų traukimas trunka tik 2 su puse dienos. Be to, silicio karbidas yra medžiaga, kurios kietumas yra antras po deimantų. Pjovimo, šlifavimo ir poliravimo metu jis daug praras, o išėjimo santykis yra tik 60%.
Žinome, kad tendencija yra didinti silicio karbido pagrindo dydį, nes dydžiai ir toliau didėja, skersmens plėtimosi technologijos reikalavimai tampa vis aukštesni. Norint pasiekti pakartotinį kristalų augimą, reikia derinti įvairius techninius valdymo elementus.
Paskelbimo laikas: 2024-05-22