Које су техничке препреке силицијум карбиду?

Прву генерацију полупроводничких материјала представљају традиционални силицијум (Си) и германијум (Ге), који су основа за производњу интегрисаних кола. Они се широко користе у транзисторима и детекторима ниског напона, ниске фреквенције и мале снаге. Више од 90% полупроводничких производа је направљено од материјала на бази силицијума;
Полупроводничке материјале друге генерације представљају галијум арсенид (ГаАс), индијум фосфид (ИнП) и галијум фосфид (ГаП). У поређењу са уређајима на бази силицијума, они имају оптоелектронска својства високе фреквенције и велике брзине и широко се користе у областима оптоелектронике и микроелектронике. ;
Трећу генерацију полупроводничких материјала представљају материјали у настајању као што су силицијум карбид (СиЦ), галијум нитрид (ГаН), цинк оксид (ЗнО), дијамант (Ц) и алуминијум нитрид (АлН).

Силицијум карбидје важан основни материјал за развој индустрије полупроводника треће генерације. Уређаји за напајање од силицијум карбида могу ефикасно да задовоље захтеве високе ефикасности, минијатуризације и мале тежине енергетских електронских система са својом одличном отпорношћу на висок напон, отпорношћу на високе температуре, малим губицима и другим својствима.

Због својих супериорних физичких својстава: великог распона појаса (који одговара великом електричном пољу и великој густини снаге), високе електричне проводљивости и високе топлотне проводљивости, очекује се да ће у будућности постати најчешће коришћени основни материјал за израду полупроводничких чипова. . Нарочито у областима нових енергетских возила, фотонапонске производње електричне енергије, транзита железницом, паметних мрежа и другим пољима, има очигледне предности.

Процес производње СиЦ подељен је у три главна корака: раст монокристала СиЦ, раст епитаксијалног слоја и производња уређаја, који одговарају четири главне карике индустријског ланца:супстрат, епитаксија, уређаји и модули.

Главни метод производње супстрата прво користи методу физичке сублимације паре за сублимацију праха у високотемпературном вакуумском окружењу и узгајање кристала силицијум карбида на површини кристала за семе кроз контролу температурног поља. Користећи плочицу од силицијум карбида као подлогу, хемијско таложење паре се користи за наношење слоја монокристала на плочицу да би се формирала епитаксијална плочица. Међу њима, узгајање епитаксијалног слоја од силицијум карбида на проводљивој подлози од силицијум карбида може се претворити у уређаје за напајање, који се углавном користе у електричним возилима, фотонапону и другим пољима; узгој епитаксијалног слоја галијум нитрида на полуизолациономподлога од силицијум карбидаможе даље да се направи у радио фреквенцијским уређајима, који се користе у 5Г комуникацијама и другим пољима.

За сада, подлоге од силицијум карбида имају највеће техничке баријере у ланцу индустрије силицијум карбида, а супстрате од силицијум карбида је најтеже произвести.

Уско грло производње СиЦ није у потпуности решено, а квалитет сировог материјала кристалних стубова је нестабилан и постоји проблем приноса, што доводи до високе цене СиЦ уређаја. Потребно је само у просеку 3 дана да силицијумски материјал прерасте у кристалну шипку, али је потребно недељу дана за кристалну шипку од силицијум карбида. Уобичајена кристална шипка од силицијум-карбида може нарасти до 200 цм, али кристална шипка од силицијум карбида може нарасти само 2 цм. Штавише, сам СиЦ је тврд и ломљив материјал, а облатне направљене од њега су склоне ломљењу ивица када се користе традиционално механичко сечење плочица на коцкице, што утиче на принос и поузданост производа. СиЦ супстрати се веома разликују од традиционалних силицијумских ингота, и све од опреме, процеса, обраде до сечења треба да се развије за руковање силицијум карбидом.

Ланац индустрије силицијум карбида углавном је подељен на четири главне карике: супстрат, епитаксија, уређаји и апликације. Материјали супстрата су основа индустријског ланца, епитаксијални материјали су кључ за производњу уређаја, уређаји су срж индустријског ланца, а апликације су покретачка снага индустријског развоја. Упстреам индустрија користи сировине за прављење материјала супстрата путем физичких метода сублимације паре и других метода, а затим користи методе хемијског таложења паром и друге методе за узгој епитаксијалних материјала. Индустрија средњег тока користи материјале за производњу радиофреквентних уређаја, уређаја за напајање и других уређаја, који се на крају користе у 5Г комуникацијама у низводном току. , електрична возила, железнички транзит, итд. Међу њима, супстрат и епитаксија чине 60% трошкова индустријског ланца и главна су вредност индустријског ланца.

СиЦ супстрат: СиЦ кристали се обично производе коришћењем Лели методе. Међународни мејнстрим производи прелазе са 4 инча на 6 инча, а развијени су производи проводне подлоге од 8 инча. Домаће подлоге су углавном 4 инча. Пошто се постојеће линије за производњу силицијумских плочица од 6 инча могу надоградити и трансформисати за производњу СиЦ уређаја, високи тржишни удео 6-инчних СиЦ подлога ће се задржати дуго времена.

Процес супстрата од силицијум карбида је сложен и тежак за производњу. Супстрат од силицијум карбида је сложени полупроводнички монокристални материјал састављен од два елемента: угљеника и силицијума. Тренутно, индустрија углавном користи угљенични прах високе чистоће и силицијумски прах високе чистоће као сировине за синтезу праха силицијум карбида. Под посебним температурним пољем, метода преноса зреле физичке паре (ПВТ метода) се користи за узгој силицијум карбида различитих величина у пећи за раст кристала. Кристални ингот се коначно обрађује, сече, меље, полира, чисти и другим вишеструким процесима да би се добио супстрат од силицијум карбида.