Тогтвортой гүйцэтгэлтэй, өндөр чанартай цахиурын карбид хавтанг тогтвортой олноор үйлдвэрлэхэд тулгарч буй техникийн бэрхшээлүүд нь:
1) Кристалууд нь 2000 ° C-аас дээш өндөр температурт битүүмжилсэн орчинд ургах шаардлагатай байдаг тул температурын хяналтын шаардлага маш өндөр байдаг;
2) Цахиурын карбид нь 200 гаруй талст бүтэцтэй, харин нэг талст цахиурын карбидын цөөн хэдэн бүтэц шаардлагатай хагас дамжуулагч материал учраас цахиур-нүүрстөрөгчийн харьцаа, өсөлтийн температурын градиент, талст өсөлтийг нарийн хянах шаардлагатай. болор өсөлтийн үйл явц. Хурд, агаарын урсгалын даралт зэрэг үзүүлэлтүүд;
3) Уурын фазын дамжуулалтын аргын дагуу цахиурын карбидын талст өсөлтийн диаметрийг тэлэх технологи нь маш хэцүү байдаг;
4) Цахиурын карбидын хатуулаг нь алмазынхтай ойролцоо бөгөөд зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх техник нь хэцүү байдаг.
SiC эпитаксиаль хавтан: ихэвчлэн химийн уурын хуримтлуулах (CVD) аргаар үйлдвэрлэдэг. Төрөл бүрийн допингийн төрлүүдийн дагуу тэдгээрийг n-төрөл ба p-төрлийн эпитаксиаль ялтсууд гэж хуваадаг. Дотоодын Hantian Tiancheng болон Dongguan Tianyu нар аль хэдийн 4 инч/6 инчийн SiC эпитаксиаль ялтсуудыг нийлүүлэх боломжтой. SiC эпитаксийн хувьд өндөр хүчдэлийн талбарт үүнийг хянахад хэцүү байдаг бөгөөд SiC эпитаксийн чанар нь SiC төхөөрөмжид илүү их нөлөө үзүүлдэг. Түүгээр ч зогсохгүй эпитаксиаль төхөөрөмжийг энэ салбартаа тэргүүлэгч дөрвөн компани монопольчилжээ: Axitron, LPE, TEL, Nuflare.
Цахиурын карбидын эпитаксиальвафер гэдэг нь үндсэн цахиурын карбидын субстрат дээр тодорхой шаардлага бүхий нэг талст хальс (эпитаксиаль давхарга) болон субстратын талстыг ургуулдаг цахиурын карбид өрөмийг хэлнэ. Эпитаксийн өсөлт нь ихэвчлэн CVD (Химийн уурын хуримтлал, ) төхөөрөмж эсвэл MBE (Молекулын цацрагийн эпитакси) төхөөрөмжийг ашигладаг. Цахиурын карбидын төхөөрөмжийг эпитаксиаль давхаргад шууд үйлдвэрлэдэг тул эпитаксиаль давхаргын чанар нь төхөөрөмжийн гүйцэтгэл, гарцад шууд нөлөөлдөг. Төхөөрөмжийн хүчдэлийг тэсвэрлэх чадвар нэмэгдэх тусам эпитаксиаль давхаргын зузаан нь зузаан болж, хяналт нь илүү хэцүү болдог. Ерөнхийдөө хүчдэл 600 В орчим байх үед шаардлагатай эпитаксиаль давхаргын зузаан нь ойролцоогоор 6 микрон байна; хүчдэл 1200-1700В хооронд байх үед шаардлагатай эпитаксиаль давхаргын зузаан нь 10-15 микрон хүрдэг. Хүчдэл нь 10,000 вольтоос дээш байвал 100 микроноос дээш эпитаксиаль давхаргын зузаан шаардлагатай болно. Эпитаксиаль давхаргын зузаан нэмэгдэх тусам зузаан, эсэргүүцлийн жигд байдал, согогийн нягтыг хянах нь улам бүр хэцүү болж байна.
SiC төхөөрөмжүүд: Олон улсад 600~1700V SiC SBD болон MOSFET үйлдвэржсэн. Үндсэн бүтээгдэхүүнүүд нь 1200 В-оос доош хүчдэлийн түвшинд ажилладаг бөгөөд голчлон TO савлагаатай байдаг. Үнийн хувьд олон улсын зах зээл дээр SiC бүтээгдэхүүнүүд Si маркийн бүтээгдэхүүнээс 5-6 дахин өндөр үнэтэй байдаг. Гэтэл үнэ жил бүр 10 хувиар буурч байна. ойрын 2-3 жилд дээд талын материал, төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийг өргөжүүлснээр зах зээлийн нийлүүлэлт нэмэгдэж, улмаар үнэ цаашид буурах болно. Үнэ нь Si бүтээгдэхүүнээс 2-3 дахин өсөхөд системийн зардал буурч, гүйцэтгэл сайжирснаар давуу тал нь SiC-ийг аажмаар Si төхөөрөмжүүдийн зах зээлийг эзлэх болно гэж үзэж байна.
Уламжлалт сав баглаа боодол нь цахиурт суурилсан субстрат дээр суурилдаг бол гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материал нь цоо шинэ дизайн шаарддаг. Цахиурт суурилсан уламжлалт савлагааны бүтцийг өргөн зурвасын цахилгаан төхөөрөмжүүдэд ашиглах нь давтамж, дулааны удирдлага, найдвартай байдалтай холбоотой шинэ асуудал, сорилтуудыг бий болгож чадна. SiC цахилгаан төхөөрөмжүүд нь шимэгчийн багтаамж ба индукцанд илүү мэдрэмтгий байдаг. Si төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад SiC тэжээлийн чипүүд нь илүү хурдан шилжих хурдтай байдаг бөгөөд энэ нь хэт ачаалал, хэлбэлзэл, сэлгэн залгах алдагдлыг нэмэгдүүлэх, тэр ч байтугай төхөөрөмжийн эвдрэлд хүргэдэг. Нэмж дурдахад, SiC цахилгаан төхөөрөмжүүд нь илүү өндөр температурт ажилладаг тул дулааны удирдлагын илүү дэвшилтэт техникийг шаарддаг.
Өргөн зурвасын хагас дамжуулагчийн цахилгаан сав баглаа боодлын салбарт төрөл бүрийн өөр өөр бүтэц бий болсон. Уламжлалт Si-д суурилсан цахилгаан модулийн савлагаа нь тохиромжгүй болсон. Уламжлалт Si-д суурилсан цахилгаан модулийн савлагааны өндөр шимэгчийн параметр, дулаан ялгаруулах үр ашиг муутай асуудлуудыг шийдвэрлэхийн тулд SiC тэжээлийн модулийн сав баглаа боодол нь утасгүй холболт, хоёр талт хөргөлтийн технологийг өөрийн бүтцэд нэвтрүүлж, дулааны хамгаалалт сайтай субстрат материалыг ашигладаг. дамжуулалт, мөн салгах конденсатор, температур/гүйдлийн мэдрэгч, хөтчийн хэлхээг модулийн бүтцэд нэгтгэхийг хичээж, модулийн янз бүрийн савлагааны технологийг боловсруулсан. Түүнчлэн SiC төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд техникийн өндөр саад бэрхшээл тулгардаг бөгөөд үйлдвэрлэлийн өртөг өндөр байдаг.
Цахиурын карбидын төхөөрөмжийг CVD-ээр дамжуулан цахиурын карбидын субстрат дээр эпитаксиаль давхаргыг байрлуулах замаар үйлдвэрлэдэг. Энэ процесс нь цэвэрлэх, исэлдүүлэх, фотолитографи хийх, сийлбэрлэх, фоторезистийг хуулах, ион суулгах, цахиурын нитридын химийн уурыг хуримтлуулах, өнгөлөх, шүрших, SiC нэг талст субстрат дээр төхөөрөмжийн бүтцийг бүрдүүлэх дараагийн боловсруулалтын үе шатуудыг багтаадаг. SiC тэжээлийн төхөөрөмжүүдийн үндсэн төрлүүд нь SiC диодууд, SiC транзисторууд, SiC тэжээлийн модулиуд юм. Урсгалын эхэнд материалын үйлдвэрлэлийн хурд удаашралтай, өгөөж багатай зэрэг хүчин зүйлсээс шалтгаалан цахиурын карбидын төхөөрөмжүүд нь үйлдвэрлэлийн өртөг харьцангуй өндөр байдаг.
Нэмж дурдахад цахиурын карбидын төхөөрөмж үйлдвэрлэх нь тодорхой техникийн хүндрэлтэй байдаг.
1) Цахиурын карбидын материалын шинж чанарт нийцсэн тодорхой процессыг боловсруулах шаардлагатай. Жишээ нь: SiC нь өндөр хайлах цэгтэй тул уламжлалт дулааны диффузийг үр дүнгүй болгодог. Ион суулгах допингийн аргыг хэрэглэж, температур, халаалтын хурд, үргэлжлэх хугацаа, хийн урсгал зэрэг параметрүүдийг нарийн хянах шаардлагатай; SiC нь химийн уусгагчид идэвхгүй байдаг. Хуурай сийлбэр зэрэг аргуудыг хэрэглэж, маскны материал, хийн хольц, хажуугийн налууг хянах, сийлбэрлэх хурд, хажуугийн барзгаржилт гэх мэтийг оновчтой болгож хөгжүүлэх;
2) Цахиурын карбид хавтан дээр металл электрод үйлдвэрлэхэд 10-5Ω2-аас доош контактын эсэргүүцэл шаардлагатай. Шаардлагыг хангасан электродын материалууд болох Ni, Al нь 100°C-ээс дээш температурт дулааны тогтвортой байдал муутай, харин Al/Ni нь дулааны тогтвортой байдал нь илүү сайн байдаг. /W/Au нийлмэл электродын материалын контактын хувийн эсэргүүцэл нь 10-3Ω2-аас их;
3) SiC нь зүсэх элэгдэл ихтэй бөгөөд SiC-ийн хатуулаг нь алмазын дараа ордог бөгөөд энэ нь зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх болон бусад технологид илүү өндөр шаардлага тавьдаг.
Түүгээр ч зогсохгүй шуудууны цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд илүү хэцүү байдаг. Төхөөрөмжийн янз бүрийн бүтцийн дагуу цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжүүдийг үндсэндээ хавтгай төхөөрөмж болон суваг төхөөрөмжид хувааж болно. Хавтгай цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжүүд нь нэгжийн тууштай байдал, энгийн үйлдвэрлэлийн процесстой боловч JFET нөлөөнд өртөмтгий бөгөөд шимэгчийн багтаамж өндөр, төлөвт тэсвэртэй байдаг. Хавтгай төхөөрөмжтэй харьцуулахад шуудууны цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжүүд нь нэгжийн тууштай байдал багатай бөгөөд үйлдвэрлэлийн процесс нь илүү төвөгтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч сувагны бүтэц нь төхөөрөмжийн нэгжийн нягтралыг нэмэгдүүлэхэд тустай бөгөөд JFET эффект үүсгэх магадлал багатай бөгөөд энэ нь сувгийн хөдөлгөөний асуудлыг шийдвэрлэхэд тустай юм. Энэ нь бага эсэргүүцэлтэй, жижиг шимэгчийн багтаамжтай, сэлгэн залгах эрчим хүчний зарцуулалт бага зэрэг маш сайн шинж чанартай. Энэ нь өртөг болон гүйцэтгэлийн давуу талтай бөгөөд цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжийг хөгжүүлэх үндсэн чиглэл болсон. Rohm албан ёсны вэбсайтаас үзэхэд ROHM Gen3 бүтэц (Gen1 Tranch structure) нь Gen2 (Plannar2) чипийн талбайн ердөө 75%-ийг эзэлдэг бөгөөд ROHM Gen3 бүтцийн эсэргүүцэл нь ижил чипний хэмжээгээр 50%-иар буурсан байна.
Цахиурын карбидын субстрат, эпитакси, урд хэсэг, судалгаа шинжилгээний зардал болон бусад зардал нь цахиурын карбидын төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн зардлын 47%, 23%, 19%, 6%, 5% -ийг бүрдүүлдэг.
Эцэст нь бид цахиурын карбидын үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээнд субстратын техникийн саад бэрхшээлийг арилгахад анхаарлаа хандуулах болно.
Цахиурын карбидын субстратыг үйлдвэрлэх процесс нь цахиурт суурилсан субстраттай төстэй боловч илүү хэцүү байдаг.
Цахиурын карбидын субстратыг үйлдвэрлэх үйл явц нь ерөнхийдөө түүхий эдийн синтез, болор өсөлт, ембүү боловсруулах, ембүү зүсэх, вафель нунтаглах, өнгөлөх, цэвэрлэх болон бусад холбоосыг агуулдаг.
Кристал өсөлтийн үе шат нь бүх үйл явцын гол цөм бөгөөд энэ үе шат нь цахиурын карбидын субстратын цахилгаан шинж чанарыг тодорхойлдог.
Цахиурын карбидын материал нь хэвийн нөхцөлд шингэн үе шатанд ургахад хэцүү байдаг. Өнөөдөр зах зээлд алдартай уурын фазын өсөлтийн арга нь өсөлтийн температур 2300 ° C-аас дээш байдаг бөгөөд өсөлтийн температурыг нарийн хянах шаардлагатай байдаг. Үйл ажиллагааны бүх үйл явцыг ажиглахад бараг хэцүү байдаг. Бага зэргийн алдаа нь бүтээгдэхүүнийг хаягдахад хүргэнэ. Харьцуулбал, цахиурын материалд зөвхөн 1600℃ шаардлагатай байдаг нь хамаагүй бага юм. Цахиурын карбидын субстрат бэлтгэх нь болор удаан өсөлт, болор хэлбэрийн өндөр шаардлага зэрэг бэрхшээлтэй тулгардаг. Цахиурын карбидын хавтанцар ургахад 7-10 хоног зарцуулдаг бол цахиурын саваа татахад ердөө 2,5 хоног л шаардагдана. Түүнээс гадна цахиурын карбид нь хатуулаг чанараараа алмазын дараа ордог материал юм. Зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх явцад их хэмжээний алдагдал хүлээх бөгөөд гаралтын харьцаа дөнгөж 60% байна.
Цахиурын карбидын субстратын хэмжээ нэмэгдэх хандлагатай байгааг бид мэднэ, хэмжээ нь нэмэгдэхийн хэрээр диаметрийг өргөтгөх технологид тавигдах шаардлага улам бүр нэмэгдэж байна. Энэ нь талстуудын давтагдах өсөлтөд хүрэхийн тулд янз бүрийн техникийн хяналтын элементүүдийн хослолыг шаарддаг.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 5-р сарын 22-ны хооронд