Vështirësitë teknike në prodhimin e qëndrueshëm në masë të vaferave të karbitit të silikonit me cilësi të lartë me performancë të qëndrueshme përfshijnë:
1) Meqenëse kristalet duhet të rriten në një mjedis të mbyllur me temperaturë të lartë mbi 2000°C, kërkesat për kontrollin e temperaturës janë jashtëzakonisht të larta;
2) Meqenëse karbidi i silikonit ka më shumë se 200 struktura kristalore, por vetëm disa struktura të karbitit të silikonit me një kristal janë materialet e nevojshme gjysmëpërçuese, raporti silikon ndaj karbonit, gradienti i temperaturës së rritjes dhe rritja e kristalit duhet të kontrollohen saktësisht gjatë procesi i rritjes së kristaleve. Parametrat si shpejtësia dhe presioni i rrjedhës së ajrit;
3) Sipas metodës së transmetimit të fazës së avullit, teknologjia e zgjerimit të diametrit të rritjes së kristaleve të karbitit të silikonit është jashtëzakonisht e vështirë;
4) Fortësia e karabit të silikonit është afër asaj të diamantit dhe teknikat e prerjes, bluarjes dhe lustrimit janë të vështira.
Vaferat epitaksiale SiC: zakonisht prodhohen me metodën e depozitimit kimik të avullit (CVD). Sipas llojeve të ndryshme të dopingut, ato ndahen në vafera epitaksiale të tipit n dhe të tipit p. Hantian Tiancheng dhe Dongguan Tianyu shtëpiake mund të ofrojnë tashmë vafera epitaksiale SiC 4 inç/6 inç. Për epitaksinë SiC, është e vështirë të kontrollohet në fushën e tensionit të lartë dhe cilësia e epitaksisë SiC ka një ndikim më të madh në pajisjet SiC. Për më tepër, pajisjet epitaksiale janë të monopolizuara nga katër kompanitë kryesore në industri: Axitron, LPE, TEL dhe Nuflare.
Karbit silikoni epitaksialvaferi i referohet një vafere me karabit silikoni në të cilën një film i vetëm kristal (shtresë epitaksiale) me kërkesa të caktuara dhe i njëjtë me kristalin e substratit është rritur në nënshtresën origjinale të karbitit të silikonit. Rritja epitaksiale përdor kryesisht pajisje CVD (Chemical Vapor Deposition, ) ose pajisje MBE (Molecular Beam Epitaxy). Meqenëse pajisjet e karbitit të silikonit prodhohen drejtpërdrejt në shtresën epitaksiale, cilësia e shtresës epitaksiale ndikon drejtpërdrejt në performancën dhe rendimentin e pajisjes. Ndërsa performanca e rezistencës ndaj tensionit të pajisjes vazhdon të rritet, trashësia e shtresës epitaksiale përkatëse bëhet më e trashë dhe kontrolli bëhet më i vështirë. Në përgjithësi, kur voltazhi është rreth 600 V, trashësia e kërkuar e shtresës epitaksiale është rreth 6 mikron; kur voltazhi është ndërmjet 1200-1700 V, trashësia e kërkuar e shtresës epitaksiale arrin 10-15 mikron. Nëse voltazhi arrin më shumë se 10,000 volt, mund të kërkohet një trashësi e shtresës epitaksiale prej më shumë se 100 mikron. Ndërsa trashësia e shtresës epitaksiale vazhdon të rritet, bëhet gjithnjë e më e vështirë për të kontrolluar trashësinë dhe uniformitetin e rezistencës dhe densitetin e defektit.
Pajisjet SiC: Ndërkombëtarisht, 600~1700V SiC SBD dhe MOSFET janë industrializuar. Produktet kryesore funksionojnë në nivele të tensionit nën 1200 V dhe kryesisht miratojnë paketimin TO. Për sa i përket çmimit, produktet SiC në tregun ndërkombëtar kanë çmime rreth 5-6 herë më të larta se homologët e tyre Si. Megjithatë, çmimet janë në rënie me një normë vjetore prej 10%. me zgjerimin e prodhimit të materialeve dhe pajisjeve në rrjedhën e sipërme në 2-3 vitet e ardhshme, oferta e tregut do të rritet, duke çuar në ulje të mëtejshme të çmimeve. Pritet që kur çmimi të arrijë 2-3 herë më shumë se ai i produkteve Si, avantazhet e sjella nga reduktimi i kostove të sistemit dhe përmirësimi i performancës do ta shtyjnë gradualisht SiC të zërë hapësirën e tregut të pajisjeve Si.
Paketimi tradicional bazohet në nënshtresa me bazë silikoni, ndërsa materialet gjysmëpërçuese të gjeneratës së tretë kërkojnë një dizajn krejtësisht të ri. Përdorimi i strukturave tradicionale të paketimit me bazë silikoni për pajisjet e fuqisë me hapësirë të gjerë mund të sjellë probleme dhe sfida të reja që lidhen me frekuencën, menaxhimin termik dhe besueshmërinë. Pajisjet e fuqisë SiC janë më të ndjeshme ndaj kapacitetit parazitar dhe induktivitetit. Krahasuar me pajisjet Si, çipat e fuqisë SiC kanë shpejtësi më të shpejta të ndërrimit, të cilat mund të çojnë në tejkalim, lëkundje, rritje të humbjeve të ndërrimit dhe madje edhe keqfunksionime të pajisjes. Për më tepër, pajisjet e fuqisë SiC funksionojnë në temperatura më të larta, duke kërkuar teknika më të avancuara të menaxhimit termik.
Një shumëllojshmëri strukturash të ndryshme janë zhvilluar në fushën e paketimit të energjisë gjysmëpërçuese me hapësirë të gjerë. Paketimi tradicional i modulit të energjisë me bazë Si nuk është më i përshtatshëm. Për të zgjidhur problemet e parametrave të lartë parazitarë dhe efikasitetit të dobët të shpërndarjes së nxehtësisë së paketimit tradicional të modulit të energjisë me bazë Si, paketimi i modulit të energjisë SiC miraton ndërlidhjen pa tel dhe teknologjinë e ftohjes së dyfishtë në strukturën e tij, dhe gjithashtu miraton materialet e nënshtresës me termikë më të mirë. përçueshmëri, dhe u përpoq të integronte kondensatorët e shkëputjes, sensorët e temperaturës/rrymës dhe qarqet lëvizëse në strukturën e modulit dhe zhvilloi një sërë modulesh të ndryshme teknologjitë e paketimit. Për më tepër, ka barriera të larta teknike për prodhimin e pajisjeve SiC dhe kostot e prodhimit janë të larta.
Pajisjet e karbitit të silikonit prodhohen duke depozituar shtresa epitaksiale në një substrat karabit silikoni përmes CVD. Procesi përfshin pastrimin, oksidimin, fotolitografinë, gdhendjen, zhveshjen e fotorezistit, implantimin e joneve, depozitimin kimik të avullit të nitridit të silikonit, lustrimin, spërkatjen dhe hapat e mëpasshëm të përpunimit për të formuar strukturën e pajisjes në nënshtresën me një kristal SiC. Llojet kryesore të pajisjeve të fuqisë SiC përfshijnë diodat SiC, transistorët SiC dhe modulet e fuqisë SiC. Për shkak të faktorëve të tillë si shpejtësia e ngadaltë e prodhimit të materialit në rrjedhën e sipërme dhe normat e ulëta të rendimentit, pajisjet e karbitit të silikonit kanë kosto relativisht të larta prodhimi.
Për më tepër, prodhimi i pajisjeve të karbitit të silikonit ka disa vështirësi teknike:
1) Është e nevojshme të zhvillohet një proces specifik që është në përputhje me karakteristikat e materialeve të karbitit të silikonit. Për shembull: SiC ka një pikë të lartë shkrirjeje, gjë që e bën difuzionin termik tradicional joefektiv. Është e nevojshme të përdoret metoda e dopingut të implantimit të joneve dhe të kontrollohen me saktësi parametrat si temperatura, shpejtësia e ngrohjes, kohëzgjatja dhe rrjedha e gazit; SiC është inert ndaj tretësve kimikë. Duhet të përdoren metoda të tilla si gravurja e thatë dhe materialet e maskës, përzierjet e gazit, kontrolli i pjerrësisë së murit anësor, shpejtësia e gravimit, vrazhdësia e murit anësor, etj. duhet të optimizohen dhe zhvillohen;
2) Prodhimi i elektrodave metalike në vaferat e karbitit të silikonit kërkon rezistencë kontakti nën 10-5Ω2. Materialet e elektrodës që plotësojnë kërkesat, Ni dhe Al, kanë qëndrueshmëri të dobët termike mbi 100°C, por Al/Ni ka stabilitet termik më të mirë. Rezistenca specifike e kontaktit e materialit elektrodë të përbërë /W/Au është 10-3Ω2 më e lartë;
3) SiC ka konsum të lartë të prerjes dhe ngurtësia e SiC është e dyta pas diamantit, i cili shtron kërkesa më të larta për prerje, bluarje, lustrim dhe teknologji të tjera.
Për më tepër, pajisjet e fuqisë së karbitit të silikonit në kanal janë më të vështira për t'u prodhuar. Sipas strukturave të ndryshme të pajisjes, pajisjet e fuqisë së karbitit të silikonit mund të ndahen kryesisht në pajisje planare dhe pajisje llogore. Pajisjet e fuqisë planare të karbitit të silikonit kanë qëndrueshmëri të mirë të njësisë dhe proces të thjeshtë prodhimi, por janë të prirur ndaj efektit JFET dhe kanë kapacitet të lartë parazitar dhe rezistencë në gjendje. Krahasuar me pajisjet planare, pajisjet e fuqisë së karbitit të silikonit në kanal kanë qëndrueshmëri më të ulët të njësisë dhe kanë një proces prodhimi më kompleks. Megjithatë, struktura e kanalit është e favorshme për rritjen e densitetit të njësisë së pajisjes dhe ka më pak gjasa të prodhojë efektin JFET, i cili është i dobishëm për zgjidhjen e problemit të lëvizshmërisë së kanalit. Ka veti të shkëlqyera si rezistenca e vogël në ndezje, kapaciteti i vogël parazitar dhe konsumi i ulët i energjisë komutuese. Ka avantazhe të konsiderueshme të kostos dhe performancës dhe është bërë drejtimi kryesor i zhvillimit të pajisjeve të fuqisë së karbitit të silikonit. Sipas faqes zyrtare të internetit të Rohm, struktura ROHM Gen3 (Struktura Gen1 Trench) është vetëm 75% e zonës së çipit Gen2 (Plannar2) dhe rezistenca e strukturës ROHM Gen3 reduktohet me 50% nën të njëjtën madhësi çipi.
Nënshtresa e karbitit të silikonit, epitaksi, pjesa e përparme, shpenzimet e R&D dhe të tjera përbëjnë përkatësisht 47%, 23%, 19%, 6% dhe 5% të kostos së prodhimit të pajisjeve të karabit të silikonit.
Së fundi, ne do të përqendrohemi në thyerjen e barrierave teknike të nënshtresave në zinxhirin e industrisë së karbitit të silikonit.
Procesi i prodhimit të nënshtresave të karbitit të silikonit është i ngjashëm me atë të nënshtresave me bazë silikoni, por më i vështirë.
Procesi i prodhimit të substratit të karbitit të silikonit në përgjithësi përfshin sintezën e lëndës së parë, rritjen e kristalit, përpunimin e shufrës, prerjen e shufrës, bluarjen e vaferës, lustrimin, pastrimin dhe lidhje të tjera.
Faza e rritjes së kristalit është thelbi i të gjithë procesit dhe ky hap përcakton vetitë elektrike të substratit të karbitit të silikonit.
Materialet e karbitit të silikonit janë të vështira për t'u rritur në fazën e lëngshme në kushte normale. Metoda e rritjes së fazës së avullit e njohur sot në treg ka një temperaturë rritjeje mbi 2300°C dhe kërkon kontroll të saktë të temperaturës së rritjes. I gjithë procesi i funksionimit është pothuajse i vështirë për t'u vëzhguar. Një gabim i vogël do të çojë në heqjen e produktit. Në krahasim, materialet e silikonit kërkojnë vetëm 1600℃, që është shumë më e ulët. Përgatitja e nënshtresave të karbitit të silikonit gjithashtu përballet me vështirësi të tilla si rritja e ngadaltë e kristalit dhe kërkesat e larta të formës së kristalit. Rritja e vaferës së karbitit të silikonit zgjat rreth 7 deri në 10 ditë, ndërsa tërheqja e shufrës së silikonit zgjat vetëm 2 ditë e gjysmë. Për më tepër, karbidi i silikonit është një material, ngurtësia e të cilit është e dyta pas diamantit. Do të humbasë shumë gjatë prerjes, bluarjes dhe lustrimit, dhe raporti i prodhimit është vetëm 60%.
Ne e dimë se tendenca është të rritet madhësia e nënshtresave të karbitit të silikonit, ndërsa madhësia vazhdon të rritet, kërkesat për teknologjinë e zgjerimit të diametrit po bëhen gjithnjë e më të larta. Kërkon një kombinim të elementeve të ndryshme të kontrollit teknik për të arritur rritjen e përsëritur të kristaleve.
Koha e postimit: Maj-22-2024