सिलिकन कार्बाइडका प्राविधिक बाधाहरू के हुन्?Ⅱ

स्थिर कार्यसम्पादनको साथ उच्च गुणस्तरको सिलिकन कार्बाइड वेफरहरू स्थिर रूपमा उत्पादन गर्ने प्राविधिक कठिनाइहरू समावेश छन्:

1) किनकि क्रिस्टलहरू 2000 डिग्री सेल्सियस भन्दा माथि उच्च-तापमान सील गरिएको वातावरणमा बढ्न आवश्यक छ, तापमान नियन्त्रण आवश्यकताहरू अत्यन्त उच्च छन्;
२) सिलिकन कार्बाइडमा २०० भन्दा बढी क्रिस्टल संरचनाहरू भएकाले, तर एकल-क्रिस्टल सिलिकन कार्बाइडका केही संरचनाहरू मात्र आवश्यक अर्धचालक सामग्रीहरू हुन्, सिलिकन-देखि-कार्बन अनुपात, वृद्धि तापमान ढाँचा, र क्रिस्टल वृद्धि ठीक समयमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ। क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया। गति र हावा प्रवाह दबाव जस्तै प्यारामिटरहरू;
3) वाष्प चरण प्रसारण विधि अन्तर्गत, सिलिकन कार्बाइड क्रिस्टल वृद्धिको व्यास विस्तार प्रविधि अत्यन्तै गाह्रो छ;
4) सिलिकन कार्बाइडको कठोरता हीराको नजिक छ, र काट्ने, पीस्ने र पालिस गर्ने प्रविधिहरू गाह्रो छ।

SiC epitaxial wafers: सामान्यतया रासायनिक भाप निक्षेप (CVD) विधि द्वारा निर्मित। विभिन्न डोपिङ प्रकारहरू अनुसार, तिनीहरू एन-टाइप र पी-टाइप एपिटेक्सियल वेफरहरूमा विभाजित छन्। घरेलु ह्यान्टियन तियानचेङ र डोङ्गगुआन टियान्युले पहिले नै ४ इन्च/६ इन्च SiC एपिटेक्सियल वेफरहरू उपलब्ध गराउन सक्छन्। SiC epitaxy को लागि, उच्च-भोल्टेज क्षेत्रमा नियन्त्रण गर्न गाह्रो छ, र SiC epitaxy को गुणस्तरले SiC उपकरणहरूमा ठूलो प्रभाव पार्छ। यसबाहेक, एपिटेक्सियल उपकरणहरू उद्योगका चार प्रमुख कम्पनीहरूद्वारा एकाधिकार छ: Axitron, LPE, TEL र Nuflare।

सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियलवेफरले सिलिकन कार्बाइड वेफरलाई बुझाउँछ जसमा एकल क्रिस्टल फिलिम (एपिटेक्सियल लेयर) निश्चित आवश्यकताहरूसँग र मूल सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटमा सब्सट्रेट क्रिस्टल जस्तै उब्जाइएको हुन्छ। Epitaxial वृद्धि मुख्यतया CVD (रासायनिक भाप निक्षेप,) उपकरण वा MBE (आणविक बीम Epitaxy) उपकरण प्रयोग गर्दछ। सिलिकन कार्बाइड यन्त्रहरू सिधै एपिटेक्सियल तहमा बनाइएका हुनाले एपिटेक्सियल तहको गुणस्तरले उपकरणको प्रदर्शन र उत्पादनलाई प्रत्यक्ष असर गर्छ। यन्त्रको भोल्टेज प्रतिरोध प्रदर्शन बढ्दै जाँदा, सम्बन्धित एपिटेक्सियल तहको मोटाई गाढा हुन्छ र नियन्त्रण अझ गाह्रो हुन्छ। सामान्यतया, जब भोल्टेज 600V को आसपास हुन्छ, आवश्यक एपिटेक्सियल तह मोटाई लगभग 6 माइक्रोन हुन्छ; जब भोल्टेज 1200-1700V को बीचमा हुन्छ, आवश्यक epitaxial तह मोटाई 10-15 माइक्रोन पुग्छ। यदि भोल्टेज 10,000 भोल्ट भन्दा बढी पुग्छ भने, 100 माइक्रोन भन्दा बढीको एपिटेक्सियल तह मोटाई आवश्यक हुन सक्छ। एपिटेक्सियल तहको मोटाई बढ्दै जाँदा, यो मोटाई र प्रतिरोधात्मक एकरूपता र दोष घनत्व नियन्त्रण गर्न बढ्दो गाह्रो हुन्छ।

SiC उपकरणहरू: अन्तर्राष्ट्रिय रूपमा, 600 ~ 1700V SiC SBD र MOSFET औद्योगिकीकरण गरिएको छ। मुख्यधारा उत्पादनहरू 1200V भन्दा कम भोल्टेज स्तरहरूमा काम गर्छन् र मुख्य रूपमा TO प्याकेजिङ अपनाउछन्। मूल्य निर्धारणको सन्दर्भमा, अन्तर्राष्ट्रिय बजारमा SiC उत्पादनहरूको मूल्य तिनीहरूको Si समकक्षहरू भन्दा लगभग 5-6 गुणा बढी छ। यद्यपि, मूल्यहरू 10% को वार्षिक दरमा घट्दै छन्। आगामी २-३ वर्षमा अपस्ट्रीम सामग्री र उपकरण उत्पादनको विस्तारसँगै, बजार आपूर्ति बढ्नेछ, जसले थप मूल्य घटाउनेछ। यो अपेक्षा गरिएको छ कि जब मूल्य Si उत्पादनहरु को 2-3 गुणा पुग्छ, कम प्रणाली लागत र सुधारिएको कार्यसम्पादन द्वारा ल्याइएका फाइदाहरूले SiC लाई बिस्तारै Si यन्त्रहरूको बजार स्थान ओगट्न प्रेरित गर्नेछ।
परम्परागत प्याकेजिङ्ग सिलिकन-आधारित सब्सट्रेटहरूमा आधारित हुन्छ, जबकि तेस्रो-पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीलाई पूर्ण रूपमा नयाँ डिजाइन चाहिन्छ। वाइड-ब्यान्डग्याप पावर उपकरणहरूको लागि परम्परागत सिलिकन-आधारित प्याकेजिङ्ग संरचनाहरू प्रयोग गरेर फ्रिक्वेन्सी, थर्मल व्यवस्थापन, र विश्वसनीयतासँग सम्बन्धित नयाँ मुद्दाहरू र चुनौतीहरू प्रस्तुत गर्न सकिन्छ। SiC पावर यन्त्रहरू परजीवी क्यापेसिटन्स र इन्डक्टेन्समा बढी संवेदनशील हुन्छन्। Si यन्त्रहरूको तुलनामा, SiC पावर चिपहरूमा छिटो स्विच गर्ने गति हुन्छ, जसले ओभरशूट, दोलन, बढ्दो स्विचिङ घाटा र यन्त्रमा खराबीहरू निम्त्याउन सक्छ। थप रूपमा, SiC पावर उपकरणहरू उच्च तापक्रममा काम गर्छन्, थप उन्नत थर्मल व्यवस्थापन प्रविधिहरू आवश्यक पर्दछ।

वाइड-ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर पावर प्याकेजिङको क्षेत्रमा विभिन्न संरचनाहरू विकसित गरिएका छन्। परम्परागत Si-आधारित पावर मोड्युल प्याकेजिङ्ग अब उपयुक्त छैन। उच्च परजीवी मापदण्डहरू र परम्परागत Si-आधारित पावर मोड्युल प्याकेजिङको कमजोर ताप वितरण दक्षताको समस्याहरू समाधान गर्न, SiC पावर मोड्युल प्याकेजिङ्गले यसको संरचनामा वायरलेस इन्टरकनेक्शन र डबल-साइड कूलिङ टेक्नोलोजी अपनाउछ, र राम्रो थर्मलको साथ सब्सट्रेट सामग्रीहरू पनि अपनाउछ। चालकता, र डिकपलिंग क्यापेसिटरहरू, तापमान/वर्तमान सेन्सरहरू, र ड्राइभ सर्किटहरू एकीकृत गर्न प्रयास गरे। मोड्युल संरचना, र विभिन्न मोड्युल प्याकेजिङ्ग प्रविधिहरु को एक किसिम को विकास। यसबाहेक, SiC उपकरण निर्माणमा उच्च प्राविधिक अवरोधहरू छन् र उत्पादन लागत उच्च छ।

सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरू CVD मार्फत सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटमा एपिटेक्सियल तहहरू जम्मा गरेर उत्पादन गरिन्छ। प्रक्रियामा सफाई, अक्सिडेशन, फोटोलिथोग्राफी, एचिंग, फोटोरेसिस्टको स्ट्रिपिङ, आयन इम्प्लान्टेसन, सिलिकन नाइट्राइडको रासायनिक वाष्प निक्षेप, पालिश, स्पटरिङ, र SiC एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा उपकरण संरचना बनाउनको लागि त्यसपछिको प्रक्रिया चरणहरू समावेश छन्। मुख्य प्रकारका SiC पावर उपकरणहरूमा SiC डायोडहरू, SiC ट्रान्जिस्टरहरू, र SiC पावर मोड्युलहरू समावेश छन्। ढिलो अपस्ट्रीम सामग्री उत्पादन गति र कम उपज दर जस्ता कारकहरूको कारण, सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरूको उत्पादन लागत अपेक्षाकृत उच्च छ।

थप रूपमा, सिलिकन कार्बाइड उपकरण निर्माणमा केही प्राविधिक कठिनाइहरू छन्:

1) यो सिलिकन कार्बाइड सामाग्री को विशेषताहरु संग संगत एक विशेष प्रक्रिया को विकास गर्न आवश्यक छ। उदाहरणका लागि: SiC मा उच्च पिघलने बिन्दु छ, जसले परम्परागत थर्मल प्रसारलाई प्रभावहीन बनाउँछ। यो आयन इम्प्लान्टेशन डोपिङ विधि प्रयोग गर्न आवश्यक छ र तापमान, ताप दर, अवधि, र ग्यास प्रवाह जस्ता मापदण्डहरू सही रूपमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ; SiC रासायनिक विलायकहरूमा निष्क्रिय छ। सुक्खा नक्काशी जस्ता विधिहरू प्रयोग गर्नुपर्छ, र मास्क सामग्री, ग्यास मिश्रण, साइडवाल ढलानको नियन्त्रण, नक्काशी दर, साइडवाल रफनेस, इत्यादिलाई अनुकूलित र विकास गर्नुपर्छ;
2) सिलिकन कार्बाइड वेफर्समा धातु इलेक्ट्रोडको निर्माणलाई 10-5Ω2 भन्दा कम सम्पर्क प्रतिरोध आवश्यक पर्दछ। आवश्यकताहरू पूरा गर्ने इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू, Ni र Al, 100°C माथि कमजोर थर्मल स्थिरता छ, तर Al/Ni मा राम्रो थर्मल स्थिरता छ। /W/Au कम्पोजिट इलेक्ट्रोड सामग्रीको सम्पर्क विशिष्ट प्रतिरोध 10-3Ω2 उच्च छ;
3) SiC मा उच्च काट्ने पहिरन छ, र SiC को कठोरता हीरा पछि दोस्रो हो, जसले काट्ने, पीस्ने, पालिस गर्ने र अन्य प्रविधिहरूको लागि उच्च आवश्यकताहरू अगाडि राख्छ।

यसबाहेक, ट्रेन्च सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरू निर्माण गर्न अझ गाह्रो छ। विभिन्न उपकरण संरचना अनुसार, सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरू मुख्यतया planar उपकरणहरू र खाई उपकरणहरूमा विभाजित गर्न सकिन्छ। प्लानर सिलिकन कार्बाइड पावर यन्त्रहरूमा राम्रो एकाइ स्थिरता र सरल निर्माण प्रक्रिया हुन्छ, तर JFET प्रभावको लागि प्रवण हुन्छ र उच्च परजीवी क्यापेसिटन्स र अन-स्टेट प्रतिरोध हुन्छ। प्लानर यन्त्रहरूसँग तुलना गर्दा, ट्रेन्च सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरूमा कम एकाइ स्थिरता हुन्छ र थप जटिल निर्माण प्रक्रिया हुन्छ। यद्यपि, खाडल संरचना उपकरण एकाइ घनत्व बढाउनको लागि अनुकूल छ र JFET प्रभाव उत्पादन गर्ने सम्भावना कम छ, जुन च्यानल गतिशीलताको समस्या समाधान गर्न लाभदायक छ। यसमा उत्कृष्ट गुणहरू छन् जस्तै सानो अन-प्रतिरोध, सानो परजीवी क्षमता, र कम स्विचिङ ऊर्जा खपत। यसको महत्त्वपूर्ण लागत र प्रदर्शन फाइदाहरू छन् र सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरूको विकासको मुख्यधारा दिशा भएको छ। Rohm आधिकारिक वेबसाइटका अनुसार, ROHM Gen3 संरचना (Gen1 Trench संरचना) Gen2 (Plannar2) चिप क्षेत्रको 75% मात्र हो, र ROHM Gen3 संरचनाको अन-प्रतिरोध उही चिप साइज अन्तर्गत 50% ले घटाइएको छ।

सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेट, एपिटेक्सी, फ्रन्ट-एन्ड, आर एन्ड डी खर्च र अन्यले क्रमशः 47%, 23%, 19%, 6% र 5% सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरूको निर्माण लागतको लागि योगदान गर्दछ।

अन्तमा, हामी सिलिकन कार्बाइड उद्योग श्रृंखलामा सब्सट्रेटहरूको प्राविधिक अवरोधहरू तोड्नमा ध्यान केन्द्रित गर्नेछौं।

सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटहरूको उत्पादन प्रक्रिया सिलिकन-आधारित सब्सट्रेटहरूको जस्तै छ, तर अझ गाह्रो छ।
सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटको निर्माण प्रक्रियामा सामान्यतया कच्चा माल संश्लेषण, क्रिस्टल वृद्धि, इन्गट प्रशोधन, इन्गट काट्ने, वेफर ग्राइन्डिंग, पालिश, सफाई र अन्य लिङ्कहरू समावेश छन्।
क्रिस्टल वृद्धि चरण सम्पूर्ण प्रक्रियाको मूल हो, र यो चरणले सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटको विद्युतीय गुणहरू निर्धारण गर्दछ।

सिलिकन कार्बाइड सामग्री सामान्य अवस्थामा तरल चरणमा बढ्न गाह्रो छ। आज बजारमा लोकप्रिय वाष्प चरण वृद्धि विधिको वृद्धि तापमान 2300 डिग्री सेल्सियस भन्दा माथि छ र वृद्धि तापमानको सटीक नियन्त्रण आवश्यक छ। सम्पूर्ण सञ्चालन प्रक्रिया अवलोकन गर्न लगभग गाह्रो छ। एउटा सानो त्रुटिले उत्पादन स्क्र्याप गर्न नेतृत्व गर्नेछ। तुलनामा, सिलिकन सामग्रीलाई 1600 ℃ मात्र चाहिन्छ, जुन धेरै कम छ। सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटहरू तयार गर्दा पनि ढिलो क्रिस्टल वृद्धि र उच्च क्रिस्टल फारम आवश्यकताहरू जस्ता कठिनाइहरूको सामना गर्दछ। सिलिकन कार्बाइड वेफर बृद्धि हुन करिब ७ देखि १० दिन लाग्छ, जबकि सिलिकन रड तान्न साढे २ दिन मात्र लाग्छ। यसबाहेक, सिलिकन कार्बाइड एक सामग्री हो जसको कठोरता हीरा पछि दोस्रो हो। यसले काट्ने, पीस्ने र पालिस गर्ने क्रममा धेरै गुमाउनेछ, र आउटपुट अनुपात मात्र 60% छ।

हामीलाई थाहा छ कि प्रवृत्ति सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटको आकार बढाउनु हो, आकार बढ्दै जाँदा, व्यास विस्तार प्रविधिको आवश्यकताहरू उच्च र उच्च हुँदै गइरहेका छन्। यसलाई क्रिस्टलको पुनरावृत्ति वृद्धि हासिल गर्न विभिन्न प्राविधिक नियन्त्रण तत्वहरूको संयोजन चाहिन्छ।