Ang unang henerasyon ng mga materyales ng semiconductor ay kinakatawan ng tradisyonal na silikon (Si) at germanium (Ge), na siyang batayan para sa pagmamanupaktura ng integrated circuit. Malawakang ginagamit ang mga ito sa low-voltage, low-frequency, at low-power transistor at detector. Higit sa 90% ng mga produktong semiconductor ay Ginawa ng mga materyales na nakabatay sa silikon;
Ang pangalawang henerasyong materyales ng semiconductor ay kinakatawan ng gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP) at gallium phosphide (GaP). Kung ikukumpara sa mga aparatong nakabatay sa silicon, mayroon silang mataas na dalas at mataas na bilis na mga katangian ng optoelectronic at malawakang ginagamit sa larangan ng optoelectronics at microelectronics. ;
Ang ikatlong henerasyon ng mga semiconductor na materyales ay kinakatawan ng mga umuusbong na materyales tulad ng silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), zinc oxide (ZnO), diamond (C), at aluminum nitride (AlN).
Silicon carbideay isang mahalagang pangunahing materyal para sa pagpapaunlad ng ikatlong henerasyong industriya ng semiconductor. Ang mga silicone carbide power device ay maaaring epektibong matugunan ang mataas na kahusayan, miniaturization at magaan na mga kinakailangan ng mga power electronic system na may mahusay na mataas na boltahe na pagtutol, mataas na temperatura na pagtutol, mababang pagkawala at iba pang mga katangian.
Dahil sa superyor na pisikal na katangian nito: mataas na band gap (naaayon sa mataas na breakdown electric field at high power density), mataas na electrical conductivity, at mataas na thermal conductivity, ito ay inaasahang magiging pinaka ginagamit na pangunahing materyal para sa paggawa ng semiconductor chips sa hinaharap. . Lalo na sa larangan ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya, photovoltaic power generation, rail transit, smart grids at iba pang larangan, mayroon itong malinaw na mga pakinabang.
Ang proseso ng produksyon ng SiC ay nahahati sa tatlong pangunahing hakbang: SiC single crystal growth, epitaxial layer growth at device manufacturing, na tumutugma sa apat na pangunahing link ng industrial chain:substrate, epitaxy, mga device at module.
Ang pangunahing paraan ng pagmamanupaktura ng mga substrate ay unang gumagamit ng pisikal na paraan ng sublimation ng singaw upang i-sublimate ang pulbos sa isang mataas na temperatura na vacuum na kapaligiran, at palaguin ang mga silicon carbide na kristal sa ibabaw ng seed crystal sa pamamagitan ng kontrol ng isang field ng temperatura. Gamit ang isang silicon carbide wafer bilang isang substrate, ang chemical vapor deposition ay ginagamit upang magdeposito ng isang layer ng solong kristal sa wafer upang bumuo ng isang epitaxial wafer. Kabilang sa mga ito, ang paglaki ng isang silicon carbide epitaxial layer sa isang conductive silicon carbide substrate ay maaaring gawing mga power device, na pangunahing ginagamit sa mga de-koryenteng sasakyan, photovoltaics at iba pang larangan; lumalaki ang isang gallium nitride epitaxial layer sa isang semi-insulatingsubstrate ng silikon karbidamaaari pang gawin sa mga radio frequency device, na ginagamit sa 5G na komunikasyon at iba pang larangan.
Sa ngayon, ang mga substrate ng silicon carbide ay may pinakamataas na teknikal na hadlang sa chain ng industriya ng silicon carbide, at ang mga substrate ng silicon carbide ay ang pinakamahirap na gawin.
Ang bottleneck ng produksyon ng SiC ay hindi pa ganap na nalutas, at ang kalidad ng hilaw na materyal na mga haliging kristal ay hindi matatag at may problema sa ani, na humahantong sa mataas na halaga ng mga aparatong SiC. Tumatagal lamang ng average na 3 araw para lumaki ang materyal na silikon bilang isang kristal na baras, ngunit tumatagal ng isang linggo para sa isang silicon carbide crystal rod. Ang isang pangkalahatang silicon crystal rod ay maaaring lumaki ng 200cm ang haba, ngunit ang isang silicon carbide crystal rod ay maaari lamang lumaki ng 2cm ang haba. Higit pa rito, ang SiC mismo ay isang matigas at malutong na materyal, at ang mga wafer na gawa rito ay madaling maputol kapag gumagamit ng tradisyonal na mechanical cutting na wafer dicing, na nakakaapekto sa ani at pagiging maaasahan ng produkto. Ang mga substrate ng SiC ay ibang-iba sa mga tradisyonal na silicon ingot, at lahat mula sa kagamitan, proseso, pagproseso hanggang sa pagputol ay kailangang mabuo upang mahawakan ang silicon carbide.
Ang chain ng industriya ng silicon carbide ay pangunahing nahahati sa apat na pangunahing mga link: substrate, epitaxy, mga aparato at mga aplikasyon. Ang mga substrate na materyales ay ang pundasyon ng chain ng industriya, ang mga epitaxial na materyales ay ang susi sa paggawa ng device, ang mga device ay ang core ng chain ng industriya, at ang mga application ay ang nagtutulak na puwersa para sa pag-unlad ng industriya. Ang industriya ng upstream ay gumagamit ng mga hilaw na materyales upang gumawa ng mga materyal na substrate sa pamamagitan ng mga pisikal na pamamaraan ng sublimation ng singaw at iba pang mga pamamaraan, at pagkatapos ay gumagamit ng mga pamamaraan ng pagtitiwalag ng singaw ng kemikal at iba pang mga pamamaraan upang mapalago ang mga materyales na epitaxial. Gumagamit ang industriya ng midstream ng upstream na materyales para gumawa ng mga radio frequency device, power device at iba pang device, na sa huli ay ginagamit sa downstream na 5G na komunikasyon. , mga de-koryenteng sasakyan, rail transit, atbp. Kabilang sa mga ito, ang substrate at epitaxy ay nagkakahalaga ng 60% ng halaga ng chain ng industriya at ang pangunahing halaga ng chain ng industriya.
SiC substrate: Ang mga SiC crystal ay kadalasang ginagawa gamit ang Lely method. Ang mga internasyonal na pangunahing produkto ay lumilipat mula sa 4 na pulgada hanggang 6 na pulgada, at ang 8-inch na conductive substrate na mga produkto ay binuo. Ang mga domestic substrate ay higit sa lahat ay 4 na pulgada. Dahil ang umiiral na 6-inch na silicon wafer production lines ay maaaring i-upgrade at i-transform para makagawa ng mga SiC device, ang mataas na market share ng 6-inch na SiC substrates ay mananatili sa mahabang panahon.
Ang proseso ng silicon carbide substrate ay kumplikado at mahirap gawin. Ang Silicon carbide substrate ay isang compound semiconductor single crystal material na binubuo ng dalawang elemento: carbon at silicon. Sa kasalukuyan, ang industriya ay pangunahing gumagamit ng high-purity carbon powder at high-purity na silicon powder bilang mga hilaw na materyales upang synthesize ang silicon carbide powder. Sa ilalim ng isang espesyal na field ng temperatura, ang mature physical vapor transmission method (PVT method) ay ginagamit upang palaguin ang silicon carbide na may iba't ibang laki sa isang crystal growth furnace. Ang kristal na ingot ay sa wakas ay naproseso, pinutol, giniling, pinakintab, nililinis at iba pang maraming proseso upang makabuo ng isang silicon carbide substrate.
Oras ng post: Mayo-22-2024