Первое поколение полупроводниковых материалов представлено традиционными кремнием (Si) и германием (Ge), которые являются основой для производства интегральных схем. Они широко используются в низковольтных, низкочастотных и маломощных транзисторах и детекторах. Более 90% полупроводниковой продукции изготовлено из материалов на основе кремния;
Полупроводниковые материалы второго поколения представлены арсенидом галлия (GaAs), фосфидом индия (InP) и фосфидом галлия (GaP). По сравнению с устройствами на основе кремния они обладают высокочастотными и быстродействующими оптоэлектронными свойствами и широко используются в области оптоэлектроники и микроэлектроники. ;
Третье поколение полупроводниковых материалов представлено такими новыми материалами, как карбид кремния (SiC), нитрид галлия (GaN), оксид цинка (ZnO), алмаз (C) и нитрид алюминия (AlN).
Карбид кремнияявляется важным базовым материалом для развития полупроводниковой промышленности третьего поколения. Силовые устройства из карбида кремния могут эффективно отвечать требованиям высокой эффективности, миниатюризации и легкости силовых электронных систем благодаря своей превосходной устойчивости к высокому напряжению, высокой термостойкости, низким потерям и другим свойствам.
Благодаря своим превосходным физическим свойствам: широкой запрещенной зоне (что соответствует сильному электрическому полю пробоя и высокой плотности мощности), высокой электропроводности и высокой теплопроводности, ожидается, что в будущем он станет наиболее широко используемым основным материалом для изготовления полупроводниковых чипов. . Он имеет очевидные преимущества, особенно в области новых энергетических транспортных средств, производства фотоэлектрической энергии, железнодорожного транспорта, интеллектуальных сетей и других областей.
Процесс производства SiC разделен на три основных этапа: выращивание монокристалла SiC, выращивание эпитаксиального слоя и изготовление устройства, которые соответствуют четырем основным звеньям производственной цепочки:субстрат, эпитаксия, устройства и модули.
Основной метод изготовления подложек сначала использует метод физической сублимации пара для сублимации порошка в высокотемпературной вакуумной среде и выращивания кристаллов карбида кремния на поверхности затравочного кристалла посредством контроля температурного поля. Используя пластину карбида кремния в качестве подложки, химическое осаждение из паровой фазы используется для нанесения слоя монокристалла на пластину с образованием эпитаксиальной пластины. Среди них, выращивание эпитаксиального слоя карбида кремния на проводящей подложке из карбида кремния может быть использовано в силовых устройствах, которые в основном используются в электромобилях, фотогальванике и других областях; выращивание эпитаксиального слоя нитрида галлия на полуизолирующейподложка из карбида кремнияв дальнейшем можно превратить в радиочастотные устройства, используемые в связи 5G и других областях.
На данный момент подложки из карбида кремния имеют самые высокие технические барьеры в производственной цепочке карбида кремния, а подложки из карбида кремния труднее всего производить.
Узкое место в производстве SiC не решено полностью, а качество кристаллических опор сырья нестабильно, и существует проблема с выходом, что приводит к высокой стоимости устройств SiC. Кремниевому материалу требуется в среднем всего 3 дня, чтобы превратиться в кристаллический стержень, а для кристаллического стержня из карбида кремния требуется неделя. Обычный стержень из кристалла кремния может вырасти до 200 см в длину, а стержень из кристалла карбида кремния может вырасти только до 2 см в длину. Кроме того, SiC сам по себе является твердым и хрупким материалом, а пластины из него склонны к сколам кромок при использовании традиционной механической резки пластин, что влияет на выход и надежность изделия. Подложки SiC сильно отличаются от традиционных кремниевых слитков, и для работы с карбидом кремния необходимо разработать все, от оборудования, процессов, обработки до резки.
Промышленная цепочка карбида кремния в основном разделена на четыре основных звена: подложка, эпитаксия, устройства и приложения. Материалы подложек являются основой отраслевой цепочки, эпитаксиальные материалы — ключом к производству устройств, устройства — ядром отраслевой цепочки, а области применения — движущей силой промышленного развития. Промышленная промышленность использует сырье для изготовления материалов подложек с помощью методов физической сублимации из паровой фазы и других методов, а затем использует методы химического осаждения из паровой фазы и другие методы для выращивания эпитаксиальных материалов. В отрасли среднего бизнеса используются исходные материалы для изготовления радиочастотных устройств, устройств питания и других устройств, которые в конечном итоге используются в нисходящей связи 5G. , электромобили, железнодорожный транспорт и т. д. Среди них подложка и эпитаксия составляют 60% стоимости отраслевой цепочки и являются основной ценностью отраслевой цепочки.
Подложка SiC: кристаллы SiC обычно производятся по методу Лели. Основные международные продукты переходят с 4 дюймов на 6 дюймов, и были разработаны 8-дюймовые продукты с проводящей подложкой. Отечественные подложки в основном имеют размер 4 дюйма. Поскольку существующие линии по производству 6-дюймовых кремниевых пластин могут быть модернизированы и преобразованы для производства устройств SiC, высокая доля рынка 6-дюймовых подложек SiC будет сохраняться в течение длительного времени.
Процесс изготовления подложки из карбида кремния сложен и труден в производстве. Подложка из карбида кремния представляет собой сложный полупроводниковый монокристаллический материал, состоящий из двух элементов: углерода и кремния. В настоящее время в качестве сырья для синтеза порошка карбида кремния в промышленности в основном используются углеродный порошок высокой чистоты и порошок кремния высокой чистоты. В специальном температурном поле для выращивания карбида кремния различных размеров в печи для выращивания кристаллов используется проверенный метод физической паропроницаемости (метод PVT). Кристаллический слиток окончательно обрабатывается, режется, шлифуется, полируется, очищается и выполняется множество других процессов для получения подложки из карбида кремния.
Время публикации: 22 мая 2024 г.