Den første generasjonen av halvledermaterialer er representert av tradisjonell silisium (Si) og germanium (Ge), som er grunnlaget for integrert kretsproduksjon. De er mye brukt i lavspennings-, lavfrekvente- og laveffekttransistorer og detektorer. Mer enn 90 % av halvlederproduktene er laget av silisiumbaserte materialer;
Andre generasjons halvledermaterialer er representert av galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP) og galliumfosfid (GaP). Sammenlignet med silisiumbaserte enheter har de høyfrekvente og høyhastighets optoelektroniske egenskaper og er mye brukt innen optoelektronikk og mikroelektronikk. ;
Den tredje generasjonen av halvledermaterialer er representert av nye materialer som silisiumkarbid (SiC), galliumnitrid (GaN), sinkoksyd (ZnO), diamant (C) og aluminiumnitrid (AlN).
Silisiumkarbider et viktig grunnmateriale for utviklingen av tredjegenerasjons halvlederindustri. Silisiumkarbidkraftenheter kan effektivt oppfylle kravene til høy effektivitet, miniatyrisering og lettvekt til kraftelektroniske systemer med deres utmerkede høyspenningsmotstand, høytemperaturmotstand, lave tap og andre egenskaper.
På grunn av dets overlegne fysiske egenskaper: høyt båndgap (tilsvarer høyt nedbrytning elektrisk felt og høy effekttetthet), høy elektrisk ledningsevne og høy termisk ledningsevne, forventes det å bli det mest brukte basismaterialet for fremstilling av halvlederbrikker i fremtiden . Spesielt innen nye energikjøretøyer, solcellekraftproduksjon, jernbanetransport, smarte nett og andre felt, har det åpenbare fordeler.
SiC-produksjonsprosessen er delt inn i tre hovedtrinn: SiC-enkrystallvekst, epitaksiallagsvekst og enhetsproduksjon, som tilsvarer de fire hovedleddene i industrikjeden:substrat, epitaksi, enheter og moduler.
Mainstream-metoden for å produsere substrater bruker først den fysiske dampsublimeringsmetoden for å sublimere pulveret i et høytemperaturvakuummiljø, og dyrke silisiumkarbidkrystaller på overflaten av frøkrystallen gjennom kontroll av et temperaturfelt. Ved å bruke en silisiumkarbidplate som et substrat, brukes kjemisk dampavsetning til å avsette et lag med enkeltkrystall på skiven for å danne en epitaksial skive. Blant dem kan det å dyrke et epitaksialt silisiumkarbidlag på et ledende silisiumkarbidsubstrat gjøres til kraftenheter, som hovedsakelig brukes i elektriske kjøretøy, solcelleanlegg og andre felt; å dyrke et epitaksialt lag av galliumnitrid på en semi-isolerendesilisiumkarbidsubstratkan videre gjøres til radiofrekvensenheter, brukt i 5G-kommunikasjon og andre felt.
Foreløpig har silisiumkarbidsubstrater de høyeste tekniske barrierene i silisiumkarbidindustrikjeden, og silisiumkarbidsubstrater er de vanskeligste å produsere.
Produksjonsflaskehalsen til SiC er ikke fullstendig løst, og kvaliteten på råmaterialets krystallsøyler er ustabil og det er et utbytteproblem, noe som fører til høye kostnader for SiC-enheter. Det tar bare i gjennomsnitt 3 dager for silisiummateriale å vokse til en krystallstav, men det tar en uke for en silisiumkarbidkrystallstav. En generell silisiumkrystallstav kan bli 200 cm lang, men en silisiumkarbidkrystallstav kan bare bli 2 cm lang. Dessuten er SiC i seg selv et hardt og sprøtt materiale, og wafere laget av det er utsatt for kantflising ved bruk av tradisjonell mekanisk skjærende wafer-terninger, noe som påvirker produktutbyttet og påliteligheten. SiC-substrater er svært forskjellige fra tradisjonelle silisiumbarrer, og alt fra utstyr, prosesser, prosessering til skjæring må utvikles for å håndtere silisiumkarbid.
Silisiumkarbidindustrikjeden er hovedsakelig delt inn i fire hovedledd: substrat, epitaksi, enheter og applikasjoner. Substratmaterialer er grunnlaget for industrikjeden, epitaksiale materialer er nøkkelen til enhetsproduksjon, enheter er kjernen i industrikjeden, og applikasjoner er drivkraften for industriell utvikling. Oppstrømsindustrien bruker råmaterialer til å lage substratmaterialer gjennom fysiske dampsublimeringsmetoder og andre metoder, og bruker deretter kjemiske dampavsetningsmetoder og andre metoder for å dyrke epitaksiale materialer. Midtstrømsindustrien bruker oppstrømsmaterialer til å lage radiofrekvensenheter, strømenheter og andre enheter, som til slutt brukes i nedstrøms 5G-kommunikasjon. , elektriske kjøretøy, jernbanetransport, etc. Blant dem står substrat og epitaksi for 60 % av kostnadene til industrikjeden og er hovedverdien til industrikjeden.
SiC-substrat: SiC-krystaller produseres vanligvis ved hjelp av Lely-metoden. Internasjonale mainstream-produkter går over fra 4 tommer til 6 tommer, og 8-tommers ledende substratprodukter er utviklet. Innenlandske underlag er hovedsakelig 4 tommer. Siden de eksisterende produksjonslinjene for 6-tommers silisiumwafere kan oppgraderes og transformeres til å produsere SiC-enheter, vil den høye markedsandelen til 6-tommers SiC-substrater opprettholdes i lang tid.
Silisiumkarbidsubstratprosessen er kompleks og vanskelig å produsere. Silisiumkarbidsubstrat er et sammensatt halvleder-enkrystallmateriale sammensatt av to elementer: karbon og silisium. For tiden bruker industrien hovedsakelig høyrent karbonpulver og høyrent silisiumpulver som råmateriale for å syntetisere silisiumkarbidpulver. Under et spesielt temperaturfelt brukes den modne fysiske dampoverføringsmetoden (PVT-metoden) til å dyrke silisiumkarbid av forskjellige størrelser i en krystallvekstovn. Krystallblokken blir til slutt behandlet, kuttet, slipt, polert, renset og andre flere prosesser for å produsere et silisiumkarbidsubstrat.
Innleggstid: 22. mai 2024