सिलिकन कार्बाइडको प्राविधिक बाधाहरू के हुन्?

अर्धचालक सामग्रीको पहिलो पुस्ता परम्परागत सिलिकन (Si) र जर्मेनियम (Ge) द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको छ, जुन एकीकृत सर्किट निर्माणको लागि आधार हो। तिनीहरू व्यापक रूपमा कम-भोल्टेज, कम-फ्रिक्वेन्सी, र कम-शक्ति ट्रान्जिस्टर र डिटेक्टरहरूमा प्रयोग गरिन्छ। ९०% भन्दा बढी अर्धचालक उत्पादनहरू सिलिकन-आधारित सामग्रीबाट बनेका हुन्छन्;
दोस्रो पुस्ताको अर्धचालक सामग्री ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs), इन्डियम फस्फाइड (InP) र ग्यालियम फस्फाइड (GaP) द्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ। सिलिकन-आधारित यन्त्रहरूसँग तुलना गर्दा, तिनीहरूसँग उच्च-फ्रिक्वेन्सी र उच्च-गति ओप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणहरू छन् र व्यापक रूपमा अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स र माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा प्रयोग गरिन्छ। ;
अर्धचालक सामग्रीको तेस्रो पुस्तालाई सिलिकन कार्बाइड (SiC), ग्यालियम नाइट्राइड (GaN), जिंक अक्साइड (ZnO), हीरा (C), र एल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN) जस्ता उदीयमान सामग्रीहरूद्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ।

सिलिकन कार्बाइडतेस्रो पुस्ताको अर्धचालक उद्योगको विकासको लागि महत्त्वपूर्ण आधारभूत सामग्री हो। सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरूले प्रभावकारी रूपमा उच्च दक्षता, लघुकरण र पावर इलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरूको हल्का आवश्यकताहरू तिनीहरूको उत्कृष्ट उच्च-भोल्टेज प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध, कम हानि र अन्य गुणहरू पूरा गर्न सक्छन्।

यसको उच्च भौतिक गुणहरूको कारण: उच्च ब्यान्ड ग्याप (उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फिल्ड र उच्च पावर घनत्व अनुरूप), उच्च विद्युत चालकता, र उच्च थर्मल चालकता, यो भविष्यमा अर्धचालक चिपहरू बनाउनको लागि सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने आधारभूत सामग्री बन्ने अपेक्षा गरिएको छ। । विशेष गरी नयाँ ऊर्जा सवारी साधन, फोटोभोल्टिक पावर उत्पादन, रेल ट्रान्जिट, स्मार्ट ग्रिड र अन्य क्षेत्रहरूमा, यसको स्पष्ट फाइदाहरू छन्।

SiC उत्पादन प्रक्रियालाई तीन प्रमुख चरणहरूमा विभाजन गरिएको छ: SiC एकल क्रिस्टल वृद्धि, एपिटेक्सियल तह वृद्धि र उपकरण निर्माण, जुन औद्योगिक श्रृंखलाको चार प्रमुख लिङ्कहरूसँग मेल खान्छ:सब्सट्रेट, epitaxy, उपकरण र मोड्युलहरू।

सब्सट्रेट निर्माणको मुख्यधारा विधिले पहिले उच्च-तापमान भ्याकुम वातावरणमा पाउडरलाई उदात्तीकरण गर्न भौतिक वाष्प उदात्तीकरण विधि प्रयोग गर्दछ, र तापमान क्षेत्रको नियन्त्रणको माध्यमबाट बीज क्रिस्टलको सतहमा सिलिकन कार्बाइड क्रिस्टलहरू बढाउँछ। सिलिकन कार्बाइड वेफरलाई सब्सट्रेटको रूपमा प्रयोग गरेर, रासायनिक वाष्प निक्षेप वेफरमा एकल क्रिस्टलको तह जम्मा गर्नको लागि एपिटेक्सियल वेफर बनाउन प्रयोग गरिन्छ। ती मध्ये, एक प्रवाहकीय सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटमा सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियल तह बढाएर पावर उपकरणहरूमा बनाउन सकिन्छ, जुन मुख्य रूपमा विद्युतीय सवारी, फोटोभोल्टिक र अन्य क्षेत्रहरूमा प्रयोग गरिन्छ; अर्ध-इन्सुलेटमा ग्यालियम नाइट्राइड एपिटेक्सियल तह बढ्दैसिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेट5G संचार र अन्य क्षेत्रहरूमा प्रयोग हुने रेडियो फ्रिक्वेन्सी उपकरणहरूमा थप बनाउन सकिन्छ।

अहिलेको लागि, सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटहरू सिलिकन कार्बाइड उद्योग श्रृंखलामा उच्चतम प्राविधिक अवरोधहरू छन्, र सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटहरू उत्पादन गर्न सबैभन्दा गाह्रो छ।

SiC को उत्पादन बाधा पूर्ण रूपमा समाधान भएको छैन, र कच्चा माल क्रिस्टल स्तम्भहरूको गुणस्तर अस्थिर छ र त्यहाँ एक उपज समस्या छ, जसले SiC उपकरणहरूको उच्च लागत निम्त्याउँछ। सिलिकन सामग्रीलाई क्रिस्टल रडमा बढ्नको लागि औसत ३ दिन मात्र लाग्छ, तर सिलिकन कार्बाइड क्रिस्टल रड बनाउन एक हप्ता लाग्छ। एक सामान्य सिलिकन क्रिस्टल रड 200 सेमी लामो बढ्न सक्छ, तर एक सिलिकन कार्बाइड क्रिस्टल रड मात्र 2 सेमी लामो बढ्न सक्छ। यसबाहेक, SiC आफैंमा कडा र भंगुर सामग्री हो, र यसबाट बनेका वेफरहरू परम्परागत मेकानिकल कटिङ वेफर डाइसिङ प्रयोग गर्दा किनारा चिपिङको सम्भावना हुन्छ, जसले उत्पादनको उपज र विश्वसनीयतालाई असर गर्छ। SiC सब्सट्रेटहरू परम्परागत सिलिकन इन्गटहरू भन्दा धेरै फरक छन्, र सिलिकन कार्बाइड ह्यान्डल गर्न उपकरणहरू, प्रक्रियाहरू, प्रशोधनदेखि काट्ने सबै कुराहरू विकास गर्न आवश्यक छ।

सिलिकन कार्बाइड उद्योग श्रृंखला मुख्यतया चार प्रमुख लिङ्कहरूमा विभाजित छ: सब्सट्रेट, एपिटेक्सी, उपकरणहरू र अनुप्रयोगहरू। सब्सट्रेट सामाग्री उद्योग श्रृंखला को आधार हो, epitaxial सामाग्री उपकरण निर्माण को लागि कुञ्जी हो, यन्त्रहरु उद्योग श्रृंखला को मूल हो, र अनुप्रयोग औद्योगिक विकास को लागि ड्राइविंग बल हो। अपस्ट्रिम उद्योगले कच्चा मालको प्रयोग भौतिक वाष्प उच्चीकरण विधिहरू र अन्य विधिहरू मार्फत सब्सट्रेट सामग्रीहरू बनाउनको लागि गर्दछ, र त्यसपछि रासायनिक वाष्प निक्षेप विधिहरू र एपिटेक्सियल सामग्रीहरू बढाउन अन्य विधिहरू प्रयोग गर्दछ। मिडस्ट्रीम उद्योगले रेडियो फ्रिक्वेन्सी उपकरणहरू, पावर उपकरणहरू र अन्य उपकरणहरू बनाउन अपस्ट्रिम सामग्रीहरू प्रयोग गर्दछ, जुन अन्ततः डाउनस्ट्रीम 5G संचारहरूमा प्रयोग गरिन्छ। , विद्युतीय सवारी साधन, रेल ट्रान्जिट, आदि ती मध्ये, सब्सट्रेट र एपिटेक्सीले उद्योग शृङ्खलाको लागतको 60% को लागी योगदान गर्दछ र उद्योग श्रृंखलाको मुख्य मूल्य हो।

SiC सब्सट्रेट: SiC क्रिस्टलहरू सामान्यतया Lely विधि प्रयोग गरेर निर्माण गरिन्छ। अन्तर्राष्ट्रिय मूलधारका उत्पादनहरू 4 इन्चबाट 6 इन्चमा परिवर्तन हुँदैछन्, र 8 इन्च प्रवाहकीय सब्सट्रेट उत्पादनहरू विकसित भएका छन्। घरेलु सब्सट्रेटहरू मुख्यतया 4 इन्च हुन्छन्। अवस्थित 6-इन्च सिलिकन वेफर उत्पादन लाइनहरूलाई अपग्रेड गर्न र SiC उपकरणहरू उत्पादन गर्न रूपान्तरण गर्न सकिने भएकोले, 6-इन्च SiC सब्सट्रेटहरूको उच्च बजार हिस्सा लामो समयसम्म कायम रहनेछ।

सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेट प्रक्रिया जटिल र उत्पादन गर्न गाह्रो छ। सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेट एक मिश्रित अर्धचालक एकल क्रिस्टल सामग्री हो जुन दुई तत्वहरू मिलेर बनेको छ: कार्बन र सिलिकन। हाल, उद्योगले मुख्यतया उच्च-शुद्धता कार्बन पाउडर र उच्च-शुद्धता सिलिकन पाउडरलाई सिलिकन कार्बाइड पाउडर संश्लेषण गर्न कच्चा मालको रूपमा प्रयोग गर्दछ। एक विशेष तापमान क्षेत्र अन्तर्गत, परिपक्व भौतिक भाप प्रसारण विधि (PVT विधि) क्रिस्टल वृद्धि भट्टीमा विभिन्न आकारको सिलिकन कार्बाइड बढाउन प्रयोग गरिन्छ। क्रिस्टल इन्गटलाई सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेट उत्पादन गर्न अन्ततः प्रशोधन, काट, ग्राउन्ड, पालिश, सफा र अन्य बहु प्रक्रियाहरू गरिन्छ।