Matatizo ya kiufundi katika kuzalisha kwa wingi kaki za kaboni za silicon za ubora wa juu zenye utendakazi thabiti ni pamoja na:
1) Kwa kuwa fuwele zinahitaji kukua katika mazingira ya halijoto ya juu yaliyofungwa zaidi ya 2000°C, mahitaji ya udhibiti wa halijoto ni ya juu sana;
2) Kwa kuwa silicon carbide ina zaidi ya miundo 200 ya fuwele, lakini ni miundo michache tu ya carbudi ya silicon ya fuwele ambayo ni nyenzo zinazohitajika za semiconductor, uwiano wa silicon-kwa-kaboni, upinde wa joto wa ukuaji, na ukuaji wa fuwele unahitaji kudhibitiwa kwa usahihi wakati. mchakato wa ukuaji wa kioo. Vigezo kama vile kasi na shinikizo la mtiririko wa hewa;
3) Chini ya njia ya maambukizi ya awamu ya mvuke, teknolojia ya upanuzi wa kipenyo cha ukuaji wa fuwele ya silicon carbudi ni ngumu sana;
4) Ugumu wa silicon carbudi ni karibu na ule wa almasi, na kukata, kusaga, na mbinu polishing ni vigumu.
Kaki za SiC epitaxial: kwa kawaida hutengenezwa kwa mbinu ya uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD). Kulingana na aina tofauti za doping, zimegawanywa katika aina ya n-aina na p-aina ya kaki ya epitaxial. Hantian Tiancheng na Dongguan Tianyu tayari wanaweza kutoa kaki za SiC za inchi 4/inch 6. Kwa epitaxy ya SiC, ni vigumu kudhibiti katika uga wa high-voltage, na ubora wa SiC epitaxy una athari kubwa kwenye vifaa vya SiC. Zaidi ya hayo, vifaa vya epitaxial vinahodhiwa na kampuni nne zinazoongoza katika tasnia: Axitron, LPE, TEL na Nuflare.
Silicon carbudi epitaxialkaki inarejelea kaki ya kaboni ya silicon ambayo filamu moja ya fuwele (safu ya epitaxial) yenye mahitaji fulani na sawa na fuwele ya substrate hupandwa kwenye substrate ya awali ya silicon carbudi. Ukuaji wa Epitaxial hasa hutumia vifaa vya CVD (Chemical Vapor Deposition, ) au vifaa vya MBE (Molecular Beam Epitaxy). Kwa kuwa vifaa vya silicon carbudi vinatengenezwa moja kwa moja kwenye safu ya epitaxial, ubora wa safu ya epitaxial huathiri moja kwa moja utendaji na mavuno ya kifaa. Kadiri voltage inavyostahimili utendaji wa kifaa inavyoendelea kuongezeka, unene wa safu ya epitaxial inayolingana huzidi kuwa mzito na udhibiti unakuwa mgumu zaidi. Kwa ujumla, wakati voltage iko karibu 600V, unene wa safu ya epitaxial inayohitajika ni karibu mikroni 6; wakati voltage iko kati ya 1200-1700V, unene wa safu ya epitaxial inayohitajika hufikia microns 10-15. Ikiwa voltage inafikia zaidi ya volts 10,000, unene wa safu ya epitaxial ya microns zaidi ya 100 inaweza kuhitajika. Kadiri unene wa safu ya epitaxial unavyoendelea kuongezeka, inazidi kuwa ngumu kudhibiti unene na usawa wa kupinga na msongamano wa kasoro.
Vifaa vya SiC: Kimataifa, 600~1700V SiC SBD na MOSFET vimekuzwa kiviwanda. Bidhaa za kawaida hufanya kazi katika viwango vya voltage chini ya 1200V na kimsingi hutumia kifungashio cha TO. Kwa upande wa bei, bidhaa za SiC kwenye soko la kimataifa zina bei ya karibu mara 5-6 kuliko wenzao wa Si. Walakini, bei zinapungua kwa kiwango cha kila mwaka cha 10%. pamoja na upanuzi wa vifaa vya juu na uzalishaji wa kifaa katika miaka 2-3 ijayo, usambazaji wa soko utaongezeka, na kusababisha kupunguzwa zaidi kwa bei. Inatarajiwa kwamba wakati bei itafikia mara 2-3 ya bidhaa za Si, manufaa yanayoletwa na kupunguzwa kwa gharama za mfumo na utendakazi ulioboreshwa hatua kwa hatua itasukuma SiC kuchukua nafasi ya soko ya vifaa vya Si.
Ufungaji wa jadi unategemea substrates zenye msingi wa silicon, wakati nyenzo za semiconductor za kizazi cha tatu zinahitaji muundo mpya kabisa. Kutumia miundo ya kifungashio yenye msingi wa silicon kwa vifaa vya nguvu vya bendi pana kunaweza kuanzisha masuala na changamoto mpya zinazohusiana na frequency, usimamizi wa mafuta na kutegemewa. Vifaa vya nguvu vya SiC ni nyeti zaidi kwa uwezo wa vimelea na inductance. Ikilinganishwa na vifaa vya Si, chip za nguvu za SiC zina kasi ya kubadili haraka, ambayo inaweza kusababisha kupindukia, kuzunguka, kuongezeka kwa hasara za kubadili, na hata hitilafu za kifaa. Zaidi ya hayo, vifaa vya nguvu vya SiC hufanya kazi kwa joto la juu, vinavyohitaji mbinu za juu zaidi za usimamizi wa joto.
Miundo tofauti tofauti imetengenezwa katika uwanja wa ufungaji wa nguvu za semiconductor za upana-bendi. Ufungaji wa moduli za jadi za Si-msingi haufai tena. Ili kusuluhisha shida za vigezo vya juu vya vimelea na ufanisi duni wa utaftaji wa joto wa ufungaji wa moduli ya jadi ya Si-msingi, ufungaji wa moduli ya nguvu ya SiC inachukua unganisho la waya na teknolojia ya kupoeza ya pande mbili katika muundo wake, na pia inachukua vifaa vya substrate na mafuta bora. conductivity, na kujaribu kuunganisha capacitors za kuunganisha, sensorer za joto / sasa, na mizunguko ya kuendesha kwenye muundo wa moduli, na kuendeleza aina mbalimbali za ufungaji wa moduli. teknolojia. Zaidi ya hayo, kuna vikwazo vya juu vya kiufundi kwa utengenezaji wa kifaa cha SiC na gharama za uzalishaji ni za juu.
Vifaa vya silicon carbide huzalishwa kwa kuweka tabaka za epitaxial kwenye substrate ya silicon carbudi kupitia CVD. Mchakato huo unahusisha kusafisha, uoksidishaji, upigaji picha, etching, kuondolewa kwa mpiga picha, uwekaji wa ayoni, uwekaji wa mvuke wa kemikali wa nitridi ya silicon, kung'arisha, kunyunyiza, na hatua za usindikaji zinazofuata ili kuunda muundo wa kifaa kwenye substrate ya fuwele moja ya SiC. Aina kuu za vifaa vya nguvu vya SiC ni pamoja na diodi za SiC, transistors za SiC, na moduli za nguvu za SiC. Kwa sababu ya mambo kama vile kasi ya chini ya uzalishaji wa nyenzo za juu na viwango vya chini vya mavuno, vifaa vya silicon carbudi vina gharama kubwa ya utengenezaji.
Kwa kuongezea, utengenezaji wa kifaa cha silicon ina shida fulani za kiufundi:
1) Ni muhimu kuendeleza mchakato maalum unaoendana na sifa za vifaa vya carbudi ya silicon. Kwa mfano: SiC ina kiwango cha juu cha kuyeyuka, ambacho hufanya uenezaji wa joto wa jadi usiwe na ufanisi. Inahitajika kutumia njia ya upandikizaji wa ioni na kudhibiti kwa usahihi vigezo kama vile joto, kiwango cha joto, muda, na mtiririko wa gesi; SiC ni ajizi kwa vimumunyisho vya kemikali. Mbinu kama vile etching kavu inapaswa kutumika, na vifaa vya mask, mchanganyiko wa gesi, udhibiti wa mteremko wa sidewall, kiwango cha etching, ukali wa sidewall, nk inapaswa kuboreshwa na kuendelezwa;
2) Utengenezaji wa elektrodi za chuma kwenye vifurushi vya silicon carbudi inahitaji upinzani wa mawasiliano chini ya 10-5Ω2. Nyenzo za electrode zinazokidhi mahitaji, Ni na Al, zina utulivu duni wa joto zaidi ya 100 ° C, lakini Al/Ni ina utulivu bora wa joto. Upinzani mahususi wa mawasiliano wa /W/Au vifaa vya elektrodi ni 10-3Ω2 juu;
3) SiC ina kuvaa juu ya kukata, na ugumu wa SiC ni wa pili kwa almasi, ambayo inaweka mahitaji ya juu ya kukata, kusaga, polishing na teknolojia nyingine.
Kwa kuongezea, vifaa vya nguvu vya silicon carbide ni ngumu zaidi kutengeneza. Kulingana na miundo tofauti ya kifaa, vifaa vya nguvu vya silicon carbide vinaweza kugawanywa katika vifaa vilivyopangwa na vifaa vya mitaro. Vifaa vya umeme vya kaboni vya silicon vina uthabiti mzuri wa kitengo na mchakato rahisi wa utengenezaji, lakini vinakabiliwa na athari ya JFET na vina uwezo wa juu wa vimelea na upinzani wa hali. Ikilinganishwa na vifaa vilivyopangwa, vifaa vya umeme vya silicon carbide vina uthabiti wa chini wa kitengo na vina mchakato ngumu zaidi wa utengenezaji. Hata hivyo, muundo wa mfereji unafaa kwa kuongeza wiani wa kitengo cha kifaa na kuna uwezekano mdogo wa kutoa athari ya JFET, ambayo ni ya manufaa kwa kutatua tatizo la uhamaji wa chaneli. Ina sifa bora kama vile uwezo mdogo wa kustahimili vijidudu, uwezo mdogo wa vimelea na matumizi ya chini ya nishati. Ina faida kubwa za gharama na utendaji na imekuwa mwelekeo mkuu wa maendeleo ya vifaa vya nguvu vya silicon carbudi. Kwa mujibu wa tovuti rasmi ya Rohm, muundo wa ROHM Gen3 (muundo wa Gen1 Trench) ni 75% tu ya eneo la chipu la Gen2 (Plannar2), na upinzani dhidi ya muundo wa ROHM Gen3 umepunguzwa kwa 50% chini ya ukubwa sawa wa chip.
Sehemu ndogo ya silicon carbide, epitaxy, mbele, gharama za R&D na zingine zinachangia 47%, 23%, 19%, 6% na 5% ya gharama ya utengenezaji wa vifaa vya silicon mtawalia.
Hatimaye, tutazingatia kuvunja vikwazo vya kiufundi vya substrates katika mnyororo wa sekta ya silicon carbide.
Mchakato wa uzalishaji wa substrates za silicon carbide ni sawa na ule wa substrates zenye msingi wa silicon, lakini ngumu zaidi.
Mchakato wa utengenezaji wa substrate ya silicon carbide kwa ujumla inajumuisha usanisi wa malighafi, ukuaji wa fuwele, usindikaji wa ingot, ukataji wa ingot, kusaga kaki, kung'arisha, kusafisha na viungo vingine.
Hatua ya ukuaji wa kioo ni msingi wa mchakato mzima, na hatua hii huamua mali ya umeme ya substrate ya carbudi ya silicon.
Vifaa vya carbudi ya silicon ni vigumu kukua katika awamu ya kioevu chini ya hali ya kawaida. Mbinu ya ukuaji wa awamu ya mvuke maarufu sokoni leo ina halijoto ya ukuaji zaidi ya 2300°C na inahitaji udhibiti kamili wa halijoto ya ukuaji. Mchakato mzima wa operesheni ni karibu vigumu kuchunguza. Hitilafu kidogo itasababisha kufutwa kwa bidhaa. Kwa kulinganisha, vifaa vya silicon vinahitaji 1600 ℃ tu, ambayo ni ya chini sana. Kutayarisha substrates za silicon carbide pia kunakabiliwa na matatizo kama vile ukuaji wa polepole wa fuwele na mahitaji ya juu ya fomu ya fuwele. Ukuaji wa kaki ya silicon huchukua siku 7 hadi 10, wakati kuvuta kwa fimbo ya silicon huchukua siku 2 na nusu tu. Aidha, silicon carbudi ni nyenzo ambayo ugumu wake ni wa pili baada ya almasi. Itapoteza sana wakati wa kukata, kusaga, na polishing, na uwiano wa pato ni 60% tu.
Tunajua kwamba mwelekeo ni kuongeza ukubwa wa substrates za silicon carbide, kadiri ukubwa unavyoendelea kuongezeka, mahitaji ya teknolojia ya upanuzi wa kipenyo yanazidi kuwa ya juu zaidi. Inahitaji mchanganyiko wa vipengele mbalimbali vya udhibiti wa kiufundi ili kufikia ukuaji wa mara kwa mara wa fuwele.
Muda wa kutuma: Mei-22-2024