A primeira geração de materiais semicondutores é representada pelos tradicionais silício (Si) e germânio (Ge), que são a base para a fabricação de circuitos integrados. Eles são amplamente utilizados em transistores e detectores de baixa tensão, baixa frequência e baixa potência. Mais de 90% dos produtos semicondutores são feitos de materiais à base de silício;
Os materiais semicondutores de segunda geração são representados por arsenieto de gálio (GaAs), fosfeto de índio (InP) e fosfeto de gálio (GaP). Comparados com dispositivos à base de silício, eles possuem propriedades optoeletrônicas de alta frequência e alta velocidade e são amplamente utilizados nas áreas de optoeletrônica e microeletrônica. ;
A terceira geração de materiais semicondutores é representada por materiais emergentes como carboneto de silício (SiC), nitreto de gálio (GaN), óxido de zinco (ZnO), diamante (C) e nitreto de alumínio (AlN).
Carboneto de silícioé um importante material básico para o desenvolvimento da indústria de semicondutores de terceira geração. Os dispositivos de potência de carboneto de silício podem atender efetivamente aos requisitos de alta eficiência, miniaturização e leveza dos sistemas eletrônicos de potência com sua excelente resistência a alta tensão, resistência a altas temperaturas, baixa perda e outras propriedades.
Devido às suas propriedades físicas superiores: alto intervalo de banda (correspondendo a alto campo elétrico de ruptura e alta densidade de potência), alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica, espera-se que se torne o material básico mais amplamente utilizado para a fabricação de chips semicondutores no futuro . Especialmente nas áreas de novos veículos energéticos, geração de energia fotovoltaica, trânsito ferroviário, redes inteligentes e outras áreas, tem vantagens óbvias.
O processo de produção do SiC é dividido em três etapas principais: crescimento do monocristal de SiC, crescimento da camada epitaxial e fabricação do dispositivo, que correspondem aos quatro principais elos da cadeia industrial:substrato, epitaxia, dispositivos e módulos.
O método convencional de fabricação de substratos usa primeiro o método físico de sublimação de vapor para sublimar o pó em um ambiente de vácuo de alta temperatura e fazer crescer cristais de carboneto de silício na superfície do cristal de semente através do controle de um campo de temperatura. Usando um wafer de carboneto de silício como substrato, a deposição química de vapor é usada para depositar uma camada de cristal único no wafer para formar um wafer epitaxial. Entre eles, o crescimento de uma camada epitaxial de carboneto de silício em um substrato condutor de carboneto de silício pode ser transformado em dispositivos de energia, que são usados principalmente em veículos elétricos, energia fotovoltaica e outros campos; crescendo uma camada epitaxial de nitreto de gálio em um semi-isolantesubstrato de carboneto de silíciopode ainda ser transformado em dispositivos de radiofrequência, usados em comunicações 5G e outros campos.
Por enquanto, os substratos de carboneto de silício têm as maiores barreiras técnicas na cadeia da indústria de carboneto de silício, e os substratos de carboneto de silício são os mais difíceis de produzir.
O gargalo de produção do SiC não foi totalmente resolvido, a qualidade dos pilares de cristal da matéria-prima é instável e há um problema de rendimento, o que leva ao alto custo dos dispositivos de SiC. Leva apenas em média 3 dias para o material de silício se transformar em uma haste de cristal, mas leva uma semana para uma haste de cristal de carboneto de silício. Uma haste de cristal de silício geral pode crescer 200 cm de comprimento, mas uma haste de cristal de carboneto de silício só pode crescer 2 cm de comprimento. Além disso, o SiC em si é um material duro e quebradiço, e os wafers feitos dele são propensos a lascar as bordas ao usar o corte mecânico tradicional de wafers em cubos, o que afeta o rendimento e a confiabilidade do produto. Os substratos de SiC são muito diferentes dos lingotes de silício tradicionais, e tudo, desde equipamentos, processos, processamento até corte, precisa ser desenvolvido para lidar com carboneto de silício.
A cadeia da indústria de carboneto de silício é dividida principalmente em quatro elos principais: substrato, epitaxia, dispositivos e aplicações. Os materiais de substrato são a base da cadeia industrial, os materiais epitaxiais são a chave para a fabricação de dispositivos, os dispositivos são o núcleo da cadeia industrial e as aplicações são a força motriz para o desenvolvimento industrial. A indústria upstream usa matérias-primas para fazer materiais de substrato por meio de métodos físicos de sublimação de vapor e outros métodos e, em seguida, usa métodos químicos de deposição de vapor e outros métodos para cultivar materiais epitaxiais. A indústria midstream utiliza materiais upstream para fabricar dispositivos de radiofrequência, dispositivos de energia e outros dispositivos, que são usados em última análise nas comunicações 5G downstream. , veículos elétricos, trânsito ferroviário, etc. Entre eles, o substrato e a epitaxia respondem por 60% do custo da cadeia industrial e são o principal valor da cadeia industrial.
Substrato de SiC: Os cristais de SiC são geralmente fabricados usando o método Lely. Os principais produtos internacionais estão em transição de 4 polegadas para 6 polegadas, e produtos de substrato condutor de 8 polegadas foram desenvolvidos. Os substratos domésticos têm principalmente 4 polegadas. Como as linhas de produção existentes de wafers de silício de 6 polegadas podem ser atualizadas e transformadas para produzir dispositivos de SiC, a alta participação de mercado dos substratos de SiC de 6 polegadas será mantida por um longo tempo.
O processo do substrato de carboneto de silício é complexo e difícil de produzir. O substrato de carboneto de silício é um material semicondutor composto de cristal único composto por dois elementos: carbono e silício. Atualmente, a indústria utiliza principalmente pó de carbono de alta pureza e pó de silício de alta pureza como matéria-prima para sintetizar pó de carboneto de silício. Sob um campo de temperatura especial, o método maduro de transmissão física de vapor (método PVT) é usado para cultivar carboneto de silício de diferentes tamanhos em um forno de crescimento de cristal. O lingote de cristal é finalmente processado, cortado, retificado, polido, limpo e outros processos múltiplos para produzir um substrato de carboneto de silício.
Horário da postagem: 22 de maio de 2024