Pierwszą generację materiałów półprzewodnikowych reprezentuje tradycyjny krzem (Si) i german (Ge), które stanowią podstawę do produkcji układów scalonych. Są szeroko stosowane w tranzystorach i detektorach niskiego napięcia, niskiej częstotliwości i małej mocy. Ponad 90% produktów półprzewodnikowych jest wykonanych z materiałów na bazie krzemu;
Materiały półprzewodnikowe drugiej generacji reprezentowane są przez arsenek galu (GaAs), fosforek indu (InP) i fosforek galu (GaP). W porównaniu z urządzeniami na bazie krzemu mają one właściwości optoelektroniczne o wysokiej częstotliwości i dużej prędkości i są szeroko stosowane w dziedzinach optoelektroniki i mikroelektroniki. ;
Trzecią generację materiałów półprzewodnikowych reprezentują nowe materiały, takie jak węglik krzemu (SiC), azotek galu (GaN), tlenek cynku (ZnO), diament (C) i azotek glinu (AlN).
Węglik krzemujest ważnym podstawowym materiałem dla rozwoju przemysłu półprzewodników trzeciej generacji. Urządzenia zasilające z węglika krzemu mogą skutecznie spełniać wymagania dotyczące wysokiej wydajności, miniaturyzacji i lekkości systemów energoelektronicznych dzięki ich doskonałej odporności na wysokie napięcie, odporności na wysoką temperaturę, niskim stratom i innym właściwościom.
Ze względu na swoje doskonałe właściwości fizyczne: dużą przerwę wzbronioną (odpowiadającą silnemu polu elektrycznemu przebicia i dużej gęstości mocy), wysoką przewodność elektryczną i wysoką przewodność cieplną, oczekuje się, że w przyszłości stanie się on najszerzej stosowanym podstawowym materiałem do produkcji układów półprzewodnikowych . Ma to oczywiste zalety, zwłaszcza w dziedzinie nowych pojazdów energetycznych, wytwarzania energii fotowoltaicznej, transportu kolejowego, inteligentnych sieci i innych dziedzin.
Proces produkcji SiC dzieli się na trzy główne etapy: wzrost monokryształu SiC, wzrost warstwy epitaksjalnej i produkcja urządzeń, które odpowiadają czterem głównym ogniwom łańcucha przemysłowego:podłoże, epitaksja, urządzeń i modułów.
W głównej metodzie wytwarzania podłoży najpierw wykorzystuje się metodę fizycznej sublimacji w celu sublimacji proszku w środowisku próżniowym o wysokiej temperaturze i hoduje kryształy węglika krzemu na powierzchni kryształu zaszczepiającego poprzez kontrolę pola temperaturowego. Wykorzystując płytkę z węglika krzemu jako podłoże, stosuje się chemiczne osadzanie z fazy gazowej w celu osadzenia warstwy monokryształu na płytce w celu utworzenia płytki epitaksjalnej. Wśród nich hodowanie epitaksjalnej warstwy węglika krzemu na przewodzącym podłożu z węglika krzemu można przekształcić w urządzenia energetyczne, które są stosowane głównie w pojazdach elektrycznych, fotowoltaice i innych dziedzinach; uprawa warstwy epitaksjalnej azotku galu na podłożu półizolacyjnympodłoże z węglika krzemumożna dalej przekształcić w urządzenia pracujące na częstotliwości radiowej, wykorzystywane w komunikacji 5G i innych dziedzinach.
Na razie podłoża z węglika krzemu charakteryzują się najwyższymi barierami technicznymi w łańcuchu przemysłowym węglika krzemu, a podłoża z węglika krzemu są najtrudniejsze w produkcji.
Wąskie gardło w produkcji SiC nie zostało całkowicie rozwiązane, a jakość kryształowych filarów surowca jest niestabilna i występuje problem wydajności, co prowadzi do wysokich kosztów urządzeń SiC. Wyrośnięcie kryształowego pręta zajmuje średnio 3 dni, podczas gdy pręt z kryształu węglika krzemu potrzebuje tygodnia. Ogólny pręt z kryształu krzemu może urosnąć o długości 200 cm, ale pręt z kryształu węglika krzemu może urosnąć tylko o długości 2 cm. Co więcej, SiC sam w sobie jest materiałem twardym i kruchym, a wykonane z niego płytki są podatne na odpryskiwanie krawędzi podczas tradycyjnego mechanicznego cięcia płytek w kostkę, co wpływa na wydajność i niezawodność produktu. Podłoża SiC bardzo różnią się od tradycyjnych wlewków krzemu i wszystko, od sprzętu, procesów, przetwarzania po cięcie, musi zostać opracowane pod kątem obsługi węglika krzemu.
Łańcuch przemysłu węglika krzemu jest podzielony głównie na cztery główne ogniwa: podłoże, epitaksja, urządzenia i zastosowania. Materiały podłoża stanowią podstawę łańcucha przemysłowego, materiały epitaksjalne są kluczem do produkcji urządzeń, urządzenia stanowią rdzeń łańcucha przemysłowego, a zastosowania są siłą napędową rozwoju przemysłu. Przemysł wydobywczy wykorzystuje surowce do wytwarzania materiałów podłoża metodami fizycznej sublimacji z fazy gazowej i innymi metodami, a następnie wykorzystuje metody chemicznego osadzania z fazy gazowej i inne metody do hodowli materiałów epitaksjalnych. Przemysł średniego szczebla wykorzystuje materiały wyższego szczebla do produkcji urządzeń o częstotliwości radiowej, urządzeń zasilających i innych urządzeń, które ostatecznie są wykorzystywane w komunikacji 5G typu downstream. , pojazdy elektryczne, transport kolejowy itp. Wśród nich substrat i epitaksja stanowią 60% kosztów łańcucha przemysłowego i stanowią główną wartość łańcucha przemysłowego.
Podłoże SiC: Kryształy SiC są zwykle wytwarzane metodą Lely. Międzynarodowe produkty głównego nurtu przechodzą z 4 cali na 6 cali i opracowano 8-calowe produkty z przewodzącym podłożem. Podłoża domowe mają głównie 4 cale. Ponieważ istniejące 6-calowe linie do produkcji płytek krzemowych można modernizować i przekształcać w celu produkcji urządzeń SiC, wysoki udział w rynku 6-calowych podłoży SiC zostanie utrzymany przez długi czas.
Proces wytwarzania podłoża z węglika krzemu jest złożony i trudny w produkcji. Podłoże z węglika krzemu jest złożonym półprzewodnikowym materiałem monokrystalicznym składającym się z dwóch pierwiastków: węgla i krzemu. Obecnie przemysł wykorzystuje głównie proszek węglowy o wysokiej czystości i proszek krzemowy o wysokiej czystości jako surowce do syntezy proszku węglika krzemu. W specjalnym polu temperatury stosuje się metodę dojrzałej fizycznej transmisji pary (metoda PVT) do hodowli węglika krzemu o różnych rozmiarach w piecu do wzrostu kryształów. Wlewek kryształowy jest ostatecznie przetwarzany, cięty, szlifowany, polerowany, oczyszczany i przeprowadzany w ramach wielu innych procesów w celu wytworzenia podłoża z węglika krzemu.
Czas publikacji: 22 maja 2024 r