Перше покоління напівпровідникових матеріалів представлено традиційними кремнієм (Si) і германієм (Ge), які є основою для виготовлення інтегральних схем. Вони широко використовуються в низьковольтних, низькочастотних і малопотужних транзисторах і детекторах. Понад 90% напівпровідникової продукції виготовлено з матеріалів на основі кремнію;
Напівпровідникові матеріали другого покоління представлені арсенідом галію (GaAs), фосфідом індію (InP) і фосфідом галію (GaP). У порівнянні з пристроями на основі кремнію вони мають високочастотні та високошвидкісні оптоелектронні властивості та широко використовуються в галузях оптоелектроніки та мікроелектроніки. ;
Третє покоління напівпровідникових матеріалів представлено новими матеріалами, такими як карбід кремнію (SiC), нітрид галію (GaN), оксид цинку (ZnO), алмаз (C) і нітрид алюмінію (AlN).
Карбід кремніює важливим основним матеріалом для розвитку напівпровідникової промисловості третього покоління. Пристрої живлення з карбіду кремнію можуть ефективно задовольнити вимоги до силових електронних систем щодо високої ефективності, мініатюрності та легкої ваги завдяки їх чудовій стійкості до високої напруги, температурі, низьким втратам та іншим властивостям.
Завдяки його чудовим фізичним властивостям: великій ширині забороненої зони (що відповідає сильному електричному полю пробою та високій густині потужності), високій електропровідності та високій теплопровідності, очікується, що він стане найпоширенішим основним матеріалом для виготовлення напівпровідникових мікросхем у майбутньому. . Особливо в сферах нових енергетичних транспортних засобів, фотоелектричної генерації електроенергії, залізничного транспорту, інтелектуальних мереж та інших сферах, він має очевидні переваги.
Процес виробництва SiC поділяється на три основні етапи: вирощування монокристалів SiC, нарощування епітаксійного шару та виготовлення пристрою, які відповідають чотирьом основним ланкам промислового ланцюга:підкладка, епітаксія, пристрої та модулі.
Основний метод виготовлення підкладок спочатку використовує метод фізичної парової сублімації для сублімації порошку у високотемпературному вакуумному середовищі та вирощування кристалів карбіду кремнію на поверхні затравкового кристала за допомогою контролю температурного поля. Використовуючи пластину карбіду кремнію як підкладку, хімічне осадження з парової фази використовується для осадження шару монокристала на пластині для формування епітаксіальної пластини. Серед них вирощування епітаксійного шару карбіду кремнію на провідній підкладці з карбіду кремнію може бути зроблено в енергетичні пристрої, які в основному використовуються в електромобілях, фотоелектричних та інших галузях; вирощування епітаксійного шару нітриду галію на напівізоляторіпідкладка з карбіду кремніюнадалі можна перетворити на радіочастотні пристрої, що використовуються в зв’язку 5G та інших галузях.
Наразі підкладки з карбіду кремнію мають найвищі технічні бар’єри в ланцюжку виробництва карбіду кремнію, а підкладки з карбіду кремнію є найважчими для виробництва.
Вузьке місце виробництва SiC не було повністю вирішено, а якість кристалічних стовпів сировини нестабільна, і існує проблема виходу, що призводить до високої вартості пристроїв SiC. Для того, щоб кремнієвий матеріал виріс у кристалічний стрижень, потрібно в середньому лише 3 дні, а для кристалічного стрижня з карбіду кремнію потрібен тиждень. Звичайний кристалічний стрижень кремнію може вирости на 200 см, але кристалічний стрижень із карбіду кремнію може вирости лише на 2 см. Крім того, SiC сам по собі є твердим і крихким матеріалом, і пластини, виготовлені з нього, схильні до відколів по краях при використанні традиційного механічного різання, що впливає на вихід і надійність продукту. Підкладки SiC дуже відрізняються від традиційних кремнієвих злитків, і все, від обладнання, процесів, обробки до різання, має бути розроблено для роботи з карбідом кремнію.
Ланцюг виробництва карбіду кремнію в основному поділяється на чотири основні ланки: підкладка, епітаксія, пристрої та застосування. Матеріали підкладки є основою промислового ланцюжка, епітаксійні матеріали є ключовими для виробництва пристроїв, пристрої є ядром промислового ланцюжка, а програми є рушійною силою промислового розвитку. Видобувна промисловість використовує сировину для виготовлення матеріалів підкладки за допомогою методів фізичної парової сублімації та інших методів, а потім використовує методи хімічного осадження з парової фази та інші методи для вирощування епітаксіальних матеріалів. Проміжна промисловість використовує матеріали для виготовлення радіочастотних пристроїв, пристроїв живлення та інших пристроїв, які в кінцевому підсумку використовуються в зв’язку 5G. , електричні транспортні засоби, залізничний транзит тощо. Серед них підкладка та епітаксія становлять 60% вартості галузевого ланцюга та є основною цінністю галузевого ланцюга.
Підкладка SiC: кристали SiC зазвичай виготовляються за методом Lely. Основні міжнародні продукти переходять з 4 дюймів на 6 дюймів, і були розроблені 8-дюймові провідні підкладки. Вітчизняні підкладки в основному 4 дюйми. Оскільки існуючі лінії виробництва 6-дюймових кремнієвих пластин можуть бути модернізовані та трансформовані для виробництва пристроїв з SiC, висока частка ринку 6-дюймових підкладок з SiC буде зберігатися протягом тривалого часу.
Процес виробництва підкладки з карбіду кремнію є складним і важким у виробництві. Підкладка з карбіду кремнію — це складний напівпровідниковий монокристалічний матеріал, що складається з двох елементів: вуглецю та кремнію. В даний час промисловість в основному використовує вуглецевий порошок високої чистоти та порошок кремнію високої чистоти як сировину для синтезу порошку карбіду кремнію. У спеціальному температурному полі для вирощування карбіду кремнію різних розмірів у печі для вирощування кристалів використовується зрілий метод фізичної пропускання пари (метод PVT). Кристалічний злиток остаточно обробляється, ріжеться, шліфується, полірується, очищається та виконує інші численні процеси для отримання підкладки з карбіду кремнію.
Час публікації: 22 травня 2024 р