Prvo generacijo polprevodniških materialov predstavljata tradicionalni silicij (Si) in germanij (Ge), ki sta osnova za izdelavo integriranih vezij. Široko se uporabljajo v nizkonapetostnih, nizkofrekvenčnih in nizkoenergetskih tranzistorjih in detektorjih. Več kot 90 % polprevodniških izdelkov je izdelanih iz materialov na osnovi silicija;
Polprevodniške materiale druge generacije predstavljajo galijev arzenid (GaAs), indijev fosfid (InP) in galijev fosfid (GaP). V primerjavi z napravami na osnovi silicija imajo visokofrekvenčne in hitre optoelektronske lastnosti in se pogosto uporabljajo na področjih optoelektronike in mikroelektronike. ;
Tretjo generacijo polprevodniških materialov predstavljajo nastajajoči materiali, kot so silicijev karbid (SiC), galijev nitrid (GaN), cinkov oksid (ZnO), diamant (C) in aluminijev nitrid (AlN).
Silicijev karbidje pomemben osnovni material za razvoj industrije polprevodnikov tretje generacije. Napajalne naprave iz silicijevega karbida lahko učinkovito izpolnjujejo zahteve močnostnih elektronskih sistemov glede visoke učinkovitosti, miniaturizacije in majhne teže s svojo odlično visokonapetostno odpornostjo, odpornostjo na visoke temperature, nizko izgubo in drugimi lastnostmi.
Zaradi njegovih vrhunskih fizikalnih lastnosti: velika vrzel v pasu (ki ustreza velikemu prebojnemu električnemu polju in visoki gostoti moči), visoka električna prevodnost in visoka toplotna prevodnost, se pričakuje, da bo v prihodnosti postal najpogosteje uporabljen osnovni material za izdelavo polprevodniških čipov. . Zlasti na področjih novih energetskih vozil, fotovoltaične proizvodnje električne energije, železniškega tranzita, pametnih omrežij in drugih področjih ima očitne prednosti.
Proizvodni proces SiC je razdeljen na tri glavne korake: rast monokristala SiC, rast epitaksialne plasti in izdelavo naprave, ki ustrezajo štirim glavnim členom industrijske verige:substrat, epitaksija, naprave in moduli.
Glavna metoda izdelave substratov najprej uporablja metodo fizične parne sublimacije za sublimacijo prahu v visokotemperaturnem vakuumskem okolju in rast kristalov silicijevega karbida na površini zarodnega kristala z nadzorom temperaturnega polja. Z uporabo rezin iz silicijevega karbida kot substrata se kemično naparjevanje uporabi za nanos plasti monokristala na rezino, da se oblikuje epitaksialna rezina. Med njimi je mogoče z gojenjem epitaksialne plasti silicijevega karbida na prevodnem substratu iz silicijevega karbida izdelati močnostne naprave, ki se večinoma uporabljajo v električnih vozilih, fotovoltaiki in drugih področjih; gojenje epitaksialne plasti galijevega nitrida na polizolacijskem materialusubstrat iz silicijevega karbidalahko nadalje izdelamo v radiofrekvenčne naprave, ki se uporabljajo v komunikacijah 5G in na drugih področjih.
Za zdaj imajo substrati iz silicijevega karbida najvišje tehnične ovire v verigi industrije silicijevega karbida, substrate iz silicijevega karbida pa je najtežje izdelati.
Ozko grlo pri proizvodnji SiC ni bilo popolnoma rešeno, kakovost kristalnih stebrov surovin pa je nestabilna in obstaja problem donosa, kar vodi do visokih stroškov naprav SiC. V povprečju traja le 3 dni, da silicijev material zraste v kristalno palico, za kristalno palico iz silicijevega karbida pa potrebuje en teden. Splošna kristalna palica iz silicijevega karbida lahko zraste v dolžino 200 cm, kristalna palica iz silicijevega karbida pa lahko zraste le 2 cm. Poleg tega je sam SiC trd in krhek material, rezine iz njega pa so nagnjene k lomljenju robov pri uporabi tradicionalnega mehanskega rezanja rezin na kocke, kar vpliva na izkoristek in zanesljivost izdelka. SiC substrati se zelo razlikujejo od tradicionalnih silicijevih ingotov in vse od opreme, postopkov, obdelave do rezanja je treba razviti za obdelavo silicijevega karbida.
Industrijska veriga silicijevega karbida je v glavnem razdeljena na štiri glavne člene: substrat, epitaksija, naprave in aplikacije. Substratni materiali so temelj industrijske verige, epitaksialni materiali so ključ do proizvodnje naprav, naprave so jedro industrijske verige, aplikacije pa so gonilna sila industrijskega razvoja. Napredna industrija uporablja surovine za izdelavo substratnih materialov z metodami fizične sublimacije s paro in drugimi metodami, nato pa uporablja metode kemičnega nanašanja s paro in druge metode za gojenje epitaksialnih materialov. Industrija srednjega toka uporablja materiale v zgornjem toku za izdelavo radiofrekvenčnih naprav, napajalnikov in drugih naprav, ki se na koncu uporabljajo v komunikacijah 5G navzdol. , električna vozila, železniški tranzit itd. Med njimi substrat in epitaksija predstavljata 60 % stroškov industrijske verige in sta glavna vrednost industrijske verige.
SiC substrat: SiC kristali so običajno izdelani po metodi Lely. Mednarodni glavni izdelki prehajajo s 4 palcev na 6 palcev, razviti pa so bili 8-palčni prevodni substratni izdelki. Domači substrati so večinoma 4-palčni. Ker je mogoče obstoječe proizvodne linije za 6-palčne silicijeve rezine nadgraditi in preoblikovati za proizvodnjo naprav SiC, bo visok tržni delež 6-palčnih substratov SiC ostal dolgo časa.
Postopek izdelave substrata iz silicijevega karbida je zapleten in ga je težko izdelati. Substrat iz silicijevega karbida je sestavljen polprevodniški monokristalni material, sestavljen iz dveh elementov: ogljika in silicija. Trenutno industrija v glavnem uporablja ogljikov prah visoke čistosti in silicijev prah visoke čistosti kot surovine za sintezo prahu silicijevega karbida. Pod posebnim temperaturnim poljem se metoda zrelega fizičnega prenosa pare (metoda PVT) uporablja za gojenje silicijevega karbida različnih velikosti v peči za rast kristalov. Kristalni ingot je končno obdelan, rezan, brušen, poliran, očiščen in drugi številni postopki za izdelavo substrata iz silicijevega karbida.
Čas objave: 22. maj 2024