Prima generație de materiale semiconductoare este reprezentată de siliciu tradițional (Si) și germaniu (Ge), care stau la baza fabricării circuitelor integrate. Ele sunt utilizate pe scară largă în tranzistori și detectoare de joasă tensiune, frecvență joasă și putere redusă. Peste 90% dintre produsele semiconductoare sunt fabricate din materiale pe bază de siliciu;
Materialele semiconductoare de a doua generație sunt reprezentate de arseniura de galiu (GaAs), fosfura de indiu (InP) și fosfura de galiu (GaP). În comparație cu dispozitivele pe bază de siliciu, acestea au proprietăți optoelectronice de înaltă frecvență și viteză mare și sunt utilizate pe scară largă în domeniile optoelectronică și microelectronică. ;
A treia generație de materiale semiconductoare este reprezentată de materiale emergente precum carbura de siliciu (SiC), nitrura de galiu (GaN), oxidul de zinc (ZnO), diamantul (C) și nitrura de aluminiu (AlN).
Carbură de siliciueste un material de bază important pentru dezvoltarea industriei de semiconductori de a treia generație. Dispozitivele de putere cu carbură de siliciu pot îndeplini în mod eficient cerințele de înaltă eficiență, miniaturizare și ușurință ale sistemelor electronice de putere cu rezistența lor excelentă la tensiune înaltă, rezistență la temperatură ridicată, pierderi reduse și alte proprietăți.
Datorită proprietăților sale fizice superioare: bandă interzisă mare (corespunzător unui câmp electric de defalcare mare și densitate mare de putere), conductivitate electrică ridicată și conductivitate termică ridicată, este de așteptat să devină cel mai utilizat material de bază pentru fabricarea cipurilor semiconductoare în viitor . În special în domeniile vehiculelor cu energie nouă, generarea de energie fotovoltaică, tranzitul feroviar, rețelele inteligente și alte domenii, are avantaje evidente.
Procesul de producție de SiC este împărțit în trei etape majore: creșterea unui singur cristal de SiC, creșterea stratului epitaxial și fabricarea dispozitivelor, care corespund celor patru verigi majore ale lanțului industrial:substrat, epitaxie, dispozitive și module.
Metoda principală de fabricare a substraturilor folosește mai întâi metoda sublimării fizice a vaporilor pentru a sublima pulberea într-un mediu de vid la temperatură înaltă și pentru a crește cristale de carbură de siliciu pe suprafața cristalului de semințe prin controlul unui câmp de temperatură. Folosind o placă cu carbură de siliciu ca substrat, depunerea chimică în vapori este utilizată pentru a depune un strat de monocristal pe placă pentru a forma o placă epitaxială. Printre acestea, creșterea unui strat epitaxial de carbură de siliciu pe un substrat conductiv de carbură de siliciu poate fi transformată în dispozitive de putere, care sunt utilizate în principal în vehicule electrice, fotovoltaice și alte domenii; creşterea unui strat epitaxial de nitrură de galiu pe un semiizolantsubstrat de carbură de siliciupoate transforma în continuare dispozitive cu frecvență radio, utilizate în comunicațiile 5G și în alte domenii.
Pentru moment, substraturile cu carbură de siliciu au cele mai înalte bariere tehnice din lanțul industriei cu carbură de siliciu, iar substraturile cu carbură de siliciu sunt cele mai dificil de produs.
Blocajul de producție a SiC nu a fost complet rezolvat, iar calitatea stâlpilor de cristal de materie primă este instabilă și există o problemă de randament, ceea ce duce la costul ridicat al dispozitivelor SiC. Durează în medie doar 3 zile pentru ca materialul de siliciu să crească într-o tijă de cristal, dar durează o săptămână pentru o tijă de cristal cu carbură de siliciu. O tijă de cristal de siliciu generală poate crește 200 cm lungime, dar o tijă de cristal de carbură de siliciu poate crește doar 2 cm lungime. În plus, SiC în sine este un material dur și fragil, iar napolitanele realizate din acesta sunt predispuse la așchierea marginilor atunci când se utilizează tăierea mecanică tradițională a napolitanelor, ceea ce afectează randamentul și fiabilitatea produsului. Substraturile SiC sunt foarte diferite de lingourile tradiționale de siliciu și totul, de la echipamente, procese, procesare la tăiere, trebuie dezvoltat pentru a manipula carbura de siliciu.
Lanțul industriei cu carbură de siliciu este împărțit în principal în patru verigi majore: substrat, epitaxie, dispozitive și aplicații. Materialele de substrat sunt fundamentul lanțului industrial, materialele epitaxiale sunt cheia pentru fabricarea dispozitivelor, dispozitivele sunt nucleul lanțului industrial, iar aplicațiile sunt forța motrice pentru dezvoltarea industrială. Industria din amonte folosește materii prime pentru a face materiale de substrat prin metode fizice de sublimare a vaporilor și alte metode, apoi utilizează metode de depunere chimică în vapori și alte metode pentru a crește materiale epitaxiale. Industria midstream folosește materiale din amonte pentru a face dispozitive cu frecvență radio, dispozitive de alimentare și alte dispozitive, care sunt utilizate în cele din urmă în comunicațiile 5G din aval. , vehicule electrice, tranzit feroviar etc. Printre acestea, substratul și epitaxia reprezintă 60% din costul lanțului industrial și reprezintă principala valoare a lanțului industrial.
Substrat de SiC: cristalele de SiC sunt de obicei fabricate folosind metoda Lely. Produsele standard internaționale trec de la 4 inchi la 6 inci, iar produse de substrat conductiv de 8 inci au fost dezvoltate. Substraturile domestice sunt în principal de 4 inci. Deoarece liniile existente de producție de plachete de siliciu de 6 inchi pot fi modernizate și transformate pentru a produce dispozitive SiC, cota mare de piață a substraturilor SiC de 6 inchi va fi menținută pentru o lungă perioadă de timp.
Procesul de substrat cu carbură de siliciu este complex și dificil de produs. Substratul cu carbură de siliciu este un material monocristal compus semiconductor compus din două elemente: carbon și siliciu. În prezent, industria folosește în principal pulbere de carbon de înaltă puritate și pulbere de siliciu de înaltă puritate ca materii prime pentru a sintetiza pulberea de carbură de siliciu. Sub un câmp de temperatură special, metoda de transmitere a vaporilor fizici maturi (metoda PVT) este utilizată pentru a crește carbura de siliciu de diferite dimensiuni într-un cuptor de creștere a cristalelor. Lingoul de cristal este în cele din urmă prelucrat, tăiat, măcinat, lustruit, curățat și alte procese multiple pentru a produce un substrat de carbură de siliciu.
Ora postării: 22-mai-2024