De eerste generatie halfgeleidermaterialen wordt vertegenwoordigd door traditioneel silicium (Si) en germanium (Ge), die de basis vormen voor de productie van geïntegreerde schakelingen. Ze worden veel gebruikt in laagspannings-, laagfrequente en laagvermogentransistors en -detectoren. Meer dan 90% van de halfgeleiderproducten is gemaakt van materialen op siliciumbasis;
De halfgeleidermaterialen van de tweede generatie worden vertegenwoordigd door galliumarsenide (GaAs), indiumfosfide (InP) en galliumfosfide (GaP). Vergeleken met op silicium gebaseerde apparaten hebben ze opto-elektronische eigenschappen met hoge frequentie en hoge snelheid en worden ze veel gebruikt op het gebied van opto-elektronica en micro-elektronica. ;
De derde generatie halfgeleidermaterialen wordt vertegenwoordigd door opkomende materialen zoals siliciumcarbide (SiC), galliumnitride (GaN), zinkoxide (ZnO), diamant (C) en aluminiumnitride (AlN).
Siliciumcarbideis een belangrijk basismateriaal voor de ontwikkeling van de derde generatie halfgeleiderindustrie. Siliciumcarbide-vermogensapparaten kunnen effectief voldoen aan de hoge efficiëntie-, miniaturisatie- en lichtgewichtvereisten van vermogenselektronische systemen met hun uitstekende hoogspanningsweerstand, hoge temperatuurbestendigheid, laag verlies en andere eigenschappen.
Vanwege zijn superieure fysieke eigenschappen: hoge bandafstand (overeenkomend met een hoog elektrisch doorslagveld en hoge vermogensdichtheid), hoge elektrische geleidbaarheid en hoge thermische geleidbaarheid, wordt verwacht dat dit in de toekomst het meest gebruikte basismateriaal zal worden voor het maken van halfgeleiderchips. . Vooral op het gebied van nieuwe energievoertuigen, fotovoltaïsche energieopwekking, spoorvervoer, slimme netwerken en andere terreinen heeft het duidelijke voordelen.
Het SiC-productieproces is verdeeld in drie hoofdstappen: de groei van SiC-monokristallen, de groei van epitaxiale lagen en de productie van apparaten, die overeenkomen met de vier belangrijkste schakels van de industriële keten:substraat, epitaxie, apparaten en modules.
De reguliere methode voor het vervaardigen van substraten maakt eerst gebruik van de fysieke dampsublimatiemethode om het poeder te sublimeren in een vacuümomgeving met hoge temperatuur, en siliciumcarbidekristallen op het oppervlak van het kiemkristal te laten groeien door middel van de controle van een temperatuurveld. Met behulp van een siliciumcarbidewafel als substraat wordt chemische dampafzetting gebruikt om een laag enkelvoudig kristal op de wafel af te zetten om een epitaxiale wafel te vormen. Onder hen kan het groeien van een epitaxiale laag van siliciumcarbide op een geleidend substraat van siliciumcarbide worden omgezet in stroomapparaten, die voornamelijk worden gebruikt in elektrische voertuigen, fotovoltaïsche cellen en andere velden; het laten groeien van een galliumnitride epitaxiale laag op een semi-isolerende laagsiliciumcarbide substraatkan verder worden omgezet in radiofrequentieapparaten, gebruikt in 5G-communicatie en andere gebieden.
Momenteel kennen siliciumcarbidesubstraten de hoogste technische barrières in de keten van de siliciumcarbide-industrie, en zijn siliciumcarbidesubstraten het moeilijkst te produceren.
Het productieknelpunt van SiC is nog niet volledig opgelost, en de kwaliteit van de kristalpijlers van de grondstof is onstabiel en er is een opbrengstprobleem, wat leidt tot de hoge kosten van SiC-apparaten. Het duurt gemiddeld slechts drie dagen voordat siliciummateriaal uitgroeit tot een kristalstaaf, maar voor een siliciumcarbidekristalstaaf duurt het een week. Een algemene siliciumkristalstaaf kan 200 cm lang worden, maar een siliciumcarbidekristalstaaf kan slechts 2 cm lang worden. Bovendien is SiC zelf een hard en bros materiaal, en de daaruit gemaakte wafels zijn gevoelig voor afbrokkeling van de randen bij het gebruik van traditioneel mechanisch snijden van wafels, wat de opbrengst en betrouwbaarheid van het product beïnvloedt. SiC-substraten verschillen sterk van traditionele siliciumstaven, en alles, van apparatuur, processen, verwerking tot snijden, moet worden ontwikkeld om met siliciumcarbide om te gaan.
De keten van de siliciumcarbide-industrie is hoofdzakelijk verdeeld in vier belangrijke schakels: substraat, epitaxie, apparaten en toepassingen. Substraatmaterialen vormen de basis van de industriële keten, epitaxiale materialen zijn de sleutel tot de productie van apparaten, apparaten vormen de kern van de industriële keten en toepassingen zijn de drijvende kracht achter industriële ontwikkeling. De upstream-industrie gebruikt grondstoffen om substraatmaterialen te maken via fysieke dampsublimatiemethoden en andere methoden, en gebruikt vervolgens chemische dampafzettingsmethoden en andere methoden om epitaxiale materialen te laten groeien. De midstream-industrie gebruikt upstream-materialen om radiofrequentieapparaten, stroomapparaten en andere apparaten te maken, die uiteindelijk worden gebruikt in downstream 5G-communicatie. , elektrische voertuigen, spoorvervoer, enz. Onder hen zijn substraat en epitaxie verantwoordelijk voor 60% van de kosten van de industriële keten en vormen ze de belangrijkste waarde van de industriële keten.
SiC-substraat: SiC-kristallen worden doorgaans vervaardigd volgens de Lely-methode. Internationale reguliere producten gaan over van 4 inch naar 6 inch, en er zijn 8-inch geleidende substraatproducten ontwikkeld. Binnenlandse substraten zijn voornamelijk 4 inch. Omdat de bestaande 6-inch productielijnen voor siliciumwafels kunnen worden geüpgraded en getransformeerd om SiC-apparaten te produceren, zal het hoge marktaandeel van 6-inch SiC-substraten nog lang behouden blijven.
Het siliciumcarbidesubstraatproces is complex en moeilijk te produceren. Siliciumcarbidesubstraat is een samengesteld halfgeleider-monokristalmateriaal dat bestaat uit twee elementen: koolstof en silicium. Momenteel gebruikt de industrie voornamelijk koolstofpoeder met hoge zuiverheid en siliciumpoeder met hoge zuiverheid als grondstoffen voor het synthetiseren van siliciumcarbidepoeder. Onder een speciaal temperatuurveld wordt de volwassen fysische damptransmissiemethode (PVT-methode) gebruikt om siliciumcarbide van verschillende groottes te laten groeien in een kristalgroeioven. De kristalstaaf wordt uiteindelijk verwerkt, gesneden, geslepen, gepolijst, gereinigd en andere meerdere processen om een siliciumcarbidesubstraat te produceren.
Posttijd: 22 mei 2024