సిలికాన్ కార్బైడ్‌కు సాంకేతిక అడ్డంకులు ఏమిటి?Ⅱ

స్థిరమైన పనితీరుతో అధిక-నాణ్యత కలిగిన సిలికాన్ కార్బైడ్ పొరలను స్థిరంగా భారీగా ఉత్పత్తి చేయడంలో సాంకేతిక సమస్యలు:

1) స్ఫటికాలు 2000°C కంటే అధిక-ఉష్ణోగ్రత మూసివేసిన వాతావరణంలో పెరగాలి కాబట్టి, ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ అవసరాలు చాలా ఎక్కువగా ఉంటాయి;
2) సిలికాన్ కార్బైడ్ 200 కంటే ఎక్కువ క్రిస్టల్ నిర్మాణాలను కలిగి ఉంది, కానీ సింగిల్-క్రిస్టల్ సిలికాన్ కార్బైడ్ యొక్క కొన్ని నిర్మాణాలు మాత్రమే అవసరమైన సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు, సిలికాన్-టు-కార్బన్ నిష్పత్తి, పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత మరియు స్ఫటిక పెరుగుదలను ఖచ్చితంగా నియంత్రించాల్సిన అవసరం ఉంది. క్రిస్టల్ పెరుగుదల ప్రక్రియ. వేగం మరియు గాలి ప్రవాహ ఒత్తిడి వంటి పారామితులు;
3) ఆవిరి దశ ప్రసార పద్ధతిలో, సిలికాన్ కార్బైడ్ క్రిస్టల్ పెరుగుదల యొక్క వ్యాసం విస్తరణ సాంకేతికత చాలా కష్టం;
4) సిలికాన్ కార్బైడ్ యొక్క కాఠిన్యం డైమండ్‌కు దగ్గరగా ఉంటుంది మరియు కత్తిరించడం, గ్రౌండింగ్ చేయడం మరియు పాలిష్ చేయడం కష్టం.

SiC ఎపిటాక్సియల్ పొరలు: సాధారణంగా రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) పద్ధతి ద్వారా తయారు చేస్తారు. వివిధ డోపింగ్ రకాల ప్రకారం, అవి n-రకం మరియు p-రకం ఎపిటాక్సియల్ పొరలుగా విభజించబడ్డాయి. దేశీయ Hantian Tiancheng మరియు Dongguan Tianyu ఇప్పటికే 4-inch/6-inch SiC ఎపిటాక్సియల్ పొరలను అందించగలవు. SiC ఎపిటాక్సీ కోసం, అధిక-వోల్టేజ్ ఫీల్డ్‌లో నియంత్రించడం కష్టం, మరియు SiC ఎపిటాక్సీ నాణ్యత SiC పరికరాలపై ఎక్కువ ప్రభావం చూపుతుంది. అంతేకాకుండా, ఎపిటాక్సియల్ పరికరాలు పరిశ్రమలోని నాలుగు ప్రముఖ కంపెనీలచే గుత్తాధిపత్యం పొందాయి: Axitron, LPE, TEL మరియు Nuflare.

సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్పొర అనేది సిలికాన్ కార్బైడ్ పొరను సూచిస్తుంది, దీనిలో నిర్దిష్ట అవసరాలతో ఒకే క్రిస్టల్ ఫిల్మ్ (ఎపిటాక్సియల్ లేయర్) మరియు అసలు సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై సబ్‌స్ట్రేట్ క్రిస్టల్‌తో సమానంగా పెరుగుతుంది. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల ప్రధానంగా CVD (కెమికల్ ఆవిరి నిక్షేపణ, ) పరికరాలు లేదా MBE (మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ) పరికరాలను ఉపయోగిస్తుంది. సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాలు నేరుగా ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌లో తయారు చేయబడినందున, ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ యొక్క నాణ్యత నేరుగా పరికరం యొక్క పనితీరు మరియు దిగుబడిని ప్రభావితం చేస్తుంది. పరికరం యొక్క వోల్టేజ్ తట్టుకునే పనితీరు పెరుగుతూనే ఉన్నందున, సంబంధిత ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం మందంగా మారుతుంది మరియు నియంత్రణ మరింత కష్టమవుతుంది.సాధారణంగా, వోల్టేజ్ 600V చుట్టూ ఉన్నప్పుడు, అవసరమైన ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం సుమారు 6 మైక్రాన్లు; వోల్టేజ్ 1200-1700V మధ్య ఉన్నప్పుడు, అవసరమైన ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం 10-15 మైక్రాన్లకు చేరుకుంటుంది. వోల్టేజ్ 10,000 వోల్ట్‌ల కంటే ఎక్కువ చేరుకుంటే, 100 మైక్రాన్‌ల కంటే ఎక్కువ ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం అవసరం కావచ్చు. ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం పెరుగుతూనే ఉన్నందున, మందం మరియు రెసిస్టివిటీ ఏకరూపత మరియు లోపం సాంద్రతను నియంత్రించడం చాలా కష్టమవుతుంది.

SiC పరికరాలు: అంతర్జాతీయంగా, 600~1700V SiC SBD మరియు MOSFET పారిశ్రామికీకరించబడ్డాయి. ప్రధాన స్రవంతి ఉత్పత్తులు 1200V కంటే తక్కువ వోల్టేజ్ స్థాయిలలో పనిచేస్తాయి మరియు ప్రధానంగా TO ప్యాకేజింగ్‌ను అవలంబిస్తాయి. ధరల పరంగా, అంతర్జాతీయ మార్కెట్‌లో SiC ఉత్పత్తులు వాటి Si ప్రతిరూపాల కంటే దాదాపు 5-6 రెట్లు ఎక్కువ ధరను కలిగి ఉంటాయి. అయితే, ధరలు వార్షికంగా 10% చొప్పున తగ్గుతున్నాయి. తదుపరి 2-3 సంవత్సరాలలో అప్‌స్ట్రీమ్ మెటీరియల్స్ మరియు డివైస్ ఉత్పత్తి విస్తరణతో, మార్కెట్ సరఫరా పెరుగుతుంది, ఇది మరింత ధర తగ్గింపులకు దారి తీస్తుంది. Si ఉత్పత్తుల కంటే ధర 2-3 రెట్లు పెరిగినప్పుడు, తగ్గిన సిస్టమ్ ఖర్చులు మరియు మెరుగైన పనితీరు వల్ల కలిగే ప్రయోజనాలు SiCని క్రమంగా Si పరికరాల మార్కెట్ స్థలాన్ని ఆక్రమించగలవని భావిస్తున్నారు.
సాంప్రదాయ ప్యాకేజింగ్ సిలికాన్-ఆధారిత సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అయితే మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలకు పూర్తిగా కొత్త డిజైన్ అవసరం. విస్తృత-బ్యాండ్‌గ్యాప్ పవర్ పరికరాల కోసం సాంప్రదాయ సిలికాన్-ఆధారిత ప్యాకేజింగ్ నిర్మాణాలను ఉపయోగించడం వల్ల ఫ్రీక్వెన్సీ, థర్మల్ మేనేజ్‌మెంట్ మరియు విశ్వసనీయతకు సంబంధించిన కొత్త సమస్యలు మరియు సవాళ్లను పరిచయం చేయవచ్చు. SiC పవర్ పరికరాలు పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు ఇండక్టెన్స్‌కు మరింత సున్నితంగా ఉంటాయి. Si పరికరాలతో పోలిస్తే, SiC పవర్ చిప్‌లు వేగవంతమైన స్విచింగ్ వేగాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇది ఓవర్‌షూట్, డోలనం, పెరిగిన స్విచింగ్ నష్టాలు మరియు పరికర వైఫల్యాలకు కూడా దారితీస్తుంది. అదనంగా, SiC పవర్ పరికరాలు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేస్తాయి, దీనికి మరింత అధునాతన ఉష్ణ నిర్వహణ పద్ధతులు అవసరం.

వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పవర్ ప్యాకేజింగ్ రంగంలో వివిధ రకాల నిర్మాణాలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. సాంప్రదాయ Si-ఆధారిత పవర్ మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ ఇకపై తగినది కాదు. సాంప్రదాయ Si-ఆధారిత పవర్ మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ యొక్క అధిక పరాన్నజీవి పారామితులు మరియు పేలవమైన వేడి వెదజల్లే సామర్థ్యాన్ని పరిష్కరించడానికి, SiC పవర్ మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ వైర్‌లెస్ ఇంటర్‌కనెక్షన్ మరియు డబుల్-సైడ్ కూలింగ్ టెక్నాలజీని దాని నిర్మాణంలో స్వీకరించింది మరియు మెరుగైన థర్మల్‌తో సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థాలను కూడా స్వీకరిస్తుంది. వాహకత, మరియు డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్‌లు, ఉష్ణోగ్రత/కరెంట్ సెన్సార్‌లు మరియు డ్రైవ్ సర్క్యూట్‌లను మాడ్యూల్ నిర్మాణంలో ఏకీకృతం చేయడానికి ప్రయత్నించారు మరియు అభివృద్ధి చేశారు విభిన్న మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ సాంకేతికతలు. అంతేకాకుండా, SiC పరికర తయారీకి అధిక సాంకేతిక అడ్డంకులు ఉన్నాయి మరియు ఉత్పత్తి ఖర్చులు ఎక్కువగా ఉంటాయి.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాలు సివిడి ద్వారా సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఎపిటాక్సియల్ పొరలను జమ చేయడం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. ఈ ప్రక్రియలో SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై పరికర నిర్మాణాన్ని రూపొందించడానికి శుభ్రపరచడం, ఆక్సీకరణం, ఫోటోలిథోగ్రఫీ, ఎచింగ్, ఫోటోరేసిస్ట్ స్ట్రిప్పింగ్, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్, సిలికాన్ నైట్రైడ్ యొక్క రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ, పాలిషింగ్, స్పుట్టరింగ్ మరియు తదుపరి ప్రాసెసింగ్ దశలు ఉంటాయి. SiC పవర్ పరికరాల యొక్క ప్రధాన రకాలు SiC డయోడ్‌లు, SiC ట్రాన్సిస్టర్‌లు మరియు SiC పవర్ మాడ్యూల్స్. నెమ్మదిగా అప్‌స్ట్రీమ్ మెటీరియల్ ఉత్పత్తి వేగం మరియు తక్కువ దిగుబడి రేట్లు వంటి కారణాల వల్ల, సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాలు సాపేక్షంగా అధిక తయారీ ఖర్చులను కలిగి ఉంటాయి.

అదనంగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికర తయారీకి కొన్ని సాంకేతిక సమస్యలు ఉన్నాయి:

1) సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాల లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉండే నిర్దిష్ట ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేయడం అవసరం. ఉదాహరణకు: SiC అధిక ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉంది, ఇది సాంప్రదాయ ఉష్ణ వ్యాప్తిని అసమర్థంగా చేస్తుంది. అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ డోపింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం మరియు ఉష్ణోగ్రత, తాపన రేటు, వ్యవధి మరియు వాయువు ప్రవాహం వంటి పారామితులను ఖచ్చితంగా నియంత్రించడం అవసరం; SiC రసాయన ద్రావకాలకు జడమైనది. డ్రై ఎచింగ్ వంటి పద్ధతులను ఉపయోగించాలి మరియు ముసుగు పదార్థాలు, గ్యాస్ మిశ్రమాలు, సైడ్‌వాల్ వాలు నియంత్రణ, ఎచింగ్ రేటు, సైడ్‌వాల్ కరుకుదనం మొదలైనవాటిని ఆప్టిమైజ్ చేయాలి మరియు అభివృద్ధి చేయాలి;
2) సిలికాన్ కార్బైడ్ పొరలపై మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్‌ల తయారీకి 10-5Ω2 కంటే తక్కువ కాంటాక్ట్ రెసిస్టెన్స్ అవసరం. అవసరాలను తీర్చే ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు, Ni మరియు Al, 100°C కంటే తక్కువ ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి, అయితే Al/Ni మెరుగైన ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి. /W/Au మిశ్రమ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క సంపర్క నిర్దిష్ట నిరోధకత 10-3Ω2 ఎక్కువ;
3) SiC అధిక కట్టింగ్ దుస్తులు కలిగి ఉంది మరియు SiC యొక్క కాఠిన్యం వజ్రం తర్వాత రెండవది, ఇది కటింగ్, గ్రౌండింగ్, పాలిషింగ్ మరియు ఇతర సాంకేతికతలకు అధిక అవసరాలను అందిస్తుంది.

అంతేకాకుండా, ట్రెంచ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలను తయారు చేయడం చాలా కష్టం. వివిధ పరికర నిర్మాణాల ప్రకారం, సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలను ప్రధానంగా ప్లానర్ పరికరాలు మరియు ట్రెంచ్ పరికరాలుగా విభజించవచ్చు. ప్లానార్ సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలు మంచి యూనిట్ స్థిరత్వం మరియు సాధారణ తయారీ ప్రక్రియను కలిగి ఉంటాయి, కానీ JFET ప్రభావానికి గురవుతాయి మరియు అధిక పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు ఆన్-స్టేట్ రెసిస్టెన్స్ కలిగి ఉంటాయి. ప్లానార్ పరికరాలతో పోలిస్తే, ట్రెంచ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలు తక్కువ యూనిట్ అనుగుణ్యతను కలిగి ఉంటాయి మరియు మరింత సంక్లిష్టమైన తయారీ ప్రక్రియను కలిగి ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, ట్రెంచ్ నిర్మాణం పరికరం యూనిట్ సాంద్రతను పెంచడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు JFET ప్రభావాన్ని ఉత్పత్తి చేసే అవకాశం తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ఛానెల్ మొబిలిటీ సమస్యను పరిష్కరించడానికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. ఇది చిన్న ఆన్-రెసిస్టెన్స్, చిన్న పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు తక్కువ మారే శక్తి వినియోగం వంటి అద్భుతమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంది. ఇది గణనీయమైన ఖర్చు మరియు పనితీరు ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాల అభివృద్ధికి ప్రధాన స్రవంతి దిశగా మారింది. Rohm అధికారిక వెబ్‌సైట్ ప్రకారం, ROHM Gen3 నిర్మాణం (Gen1 ట్రెంచ్ స్ట్రక్చర్) Gen2 (Plannar2) చిప్ ప్రాంతంలో కేవలం 75% మాత్రమే, మరియు ROHM Gen3 స్ట్రక్చర్ యొక్క ఆన్-రెసిస్టెన్స్ అదే చిప్ పరిమాణంలో 50% తగ్గింది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్, ఎపిటాక్సీ, ఫ్రంట్-ఎండ్, R&D ఖర్చులు మరియు ఇతరాలు వరుసగా సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాల తయారీ వ్యయంలో 47%, 23%, 19%, 6% మరియు 5% ఉంటాయి.

చివరగా, మేము సిలికాన్ కార్బైడ్ పరిశ్రమ గొలుసులోని ఉపరితలాల యొక్క సాంకేతిక అడ్డంకులను విచ్ఛిన్నం చేయడంపై దృష్టి పెడతాము.

సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల ఉత్పత్తి ప్రక్రియ సిలికాన్ ఆధారిత సబ్‌స్ట్రేట్‌ల మాదిరిగానే ఉంటుంది, కానీ మరింత కష్టం.
సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీ ప్రక్రియలో సాధారణంగా ముడి పదార్థాల సంశ్లేషణ, క్రిస్టల్ గ్రోత్, కడ్డీ ప్రాసెసింగ్, కడ్డీ కట్టింగ్, వేఫర్ గ్రౌండింగ్, పాలిషింగ్, క్లీనింగ్ మరియు ఇతర లింక్‌లు ఉంటాయి.
క్రిస్టల్ గ్రోత్ స్టేజ్ మొత్తం ప్రక్రియ యొక్క ప్రధాన అంశం, మరియు ఈ దశ సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలను నిర్ణయిస్తుంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాలు సాధారణ పరిస్థితుల్లో ద్రవ దశలో పెరగడం కష్టం. నేడు మార్కెట్‌లో జనాదరణ పొందిన ఆవిరి దశ పెరుగుదల పద్ధతి 2300 ° C కంటే ఎక్కువ పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంది మరియు పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రతపై ఖచ్చితమైన నియంత్రణ అవసరం. మొత్తం ఆపరేషన్ ప్రక్రియను గమనించడం దాదాపు కష్టం. ఒక చిన్న లోపం ఉత్పత్తి స్క్రాపింగ్‌కు దారి తీస్తుంది. పోల్చి చూస్తే, సిలికాన్ పదార్థాలకు 1600℃ మాత్రమే అవసరం, ఇది చాలా తక్కువ. సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను సిద్ధం చేయడం అనేది నెమ్మదిగా క్రిస్టల్ పెరుగుదల మరియు అధిక క్రిస్టల్ ఫారమ్ అవసరాలు వంటి సమస్యలను కూడా ఎదుర్కొంటుంది. సిలికాన్ కార్బైడ్ పొర పెరుగుదలకు 7 నుండి 10 రోజులు పడుతుంది, అయితే సిలికాన్ రాడ్ లాగడానికి 2న్నర రోజులు మాత్రమే పడుతుంది. అంతేకాకుండా, సిలికాన్ కార్బైడ్ అనేది ఒక పదార్థం, దీని కాఠిన్యం వజ్రం తర్వాత రెండవది. కటింగ్, గ్రౌండింగ్ మరియు పాలిషింగ్ సమయంలో ఇది చాలా కోల్పోతుంది మరియు అవుట్పుట్ నిష్పత్తి 60% మాత్రమే.

సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల పరిమాణాన్ని పెంచడమే ట్రెండ్ అని మాకు తెలుసు, పరిమాణం పెరుగుతూనే ఉన్నందున, వ్యాసం విస్తరణ సాంకేతికత కోసం అవసరాలు ఎక్కువగా మరియు ఎక్కువగా మారుతున్నాయి. స్ఫటికాల యొక్క పునరావృత వృద్ధిని సాధించడానికి వివిధ సాంకేతిక నియంత్రణ మూలకాల కలయిక అవసరం.