Barqaror ishlashga ega yuqori sifatli kremniy karbid gofretlarini barqaror ommaviy ishlab chiqarishdagi texnik qiyinchiliklarga quyidagilar kiradi:
1) Kristallar 2000 ° C dan yuqori haroratli muhrlangan muhitda o'sishi kerakligi sababli, haroratni nazorat qilish talablari juda yuqori;
2) Kremniy karbid 200 dan ortiq kristalli tuzilishga ega bo'lganligi sababli, bir kristalli kremniy karbidning faqat bir nechta strukturalari talab qilinadigan yarimo'tkazgich materiallari bo'lganligi sababli, silikon-uglerod nisbati, o'sish harorati gradienti va kristall o'sishini aniq nazorat qilish kerak. kristall o'sish jarayoni. Tezlik va havo oqimi bosimi kabi parametrlar;
3) Bug 'fazasini uzatish usulida silikon karbid kristalining o'sishining diametrini kengaytirish texnologiyasi juda qiyin;
4) Silikon karbidning qattiqligi olmosga yaqin, kesish, silliqlash va parlatish texnikasi qiyin.
SiC epitaksial gofretlar: odatda kimyoviy bug 'cho'ktirish (CVD) usuli bilan ishlab chiqariladi. Turli xil doping turlariga ko'ra, ular n-tipli va p-tipli epitaksial gofretlarga bo'linadi. Mahalliy Hantian Tiancheng va Dongguan Tianyu allaqachon 4 dyuymli / 6 dyuymli SiC epitaksial gofretlarni taqdim etishi mumkin. SiC epitaksi uchun yuqori kuchlanishli maydonda nazorat qilish qiyin va SiC epitaksisining sifati SiC qurilmalariga ko'proq ta'sir qiladi. Bundan tashqari, epitaksial uskunalar sanoatning to'rtta etakchi kompaniyalari tomonidan monopollashtirilgan: Axitron, LPE, TEL va Nuflare.
Silikon karbid epitaksialgofret kremniy karbidli gofretni anglatadi, unda ma'lum talablarga ega bo'lgan va substrat kristali bilan bir xil bo'lgan yagona kristalli plyonka (epitaxial qatlam) asl kremniy karbid substratida o'stiriladi. Epitaksial o'sish asosan CVD (Kimyoviy bug 'birikishi, ) uskunasi yoki MBE (Molekulyar nur epitaksisi) uskunasidan foydalanadi. Silikon karbid qurilmalari to'g'ridan-to'g'ri epitaksial qatlamda ishlab chiqarilganligi sababli, epitaksial qatlamning sifati qurilmaning ishlashi va rentabelligiga bevosita ta'sir qiladi. Qurilmaning kuchlanishga bardosh berish ko'rsatkichlari o'sishda davom etar ekan, mos keladigan epitaksial qatlamning qalinligi qalinroq bo'ladi va nazorat qilish qiyinlashadi.Umuman olganda, kuchlanish 600V atrofida bo'lsa, kerakli epitaksial qatlam qalinligi taxminan 6 mikron; kuchlanish 1200-1700V oralig'ida bo'lsa, kerakli epitaksial qatlam qalinligi 10-15 mikronga etadi. Agar kuchlanish 10 000 voltdan oshsa, 100 mikrondan ortiq epitaksial qatlam qalinligi talab qilinishi mumkin. Epitaksial qatlamning qalinligi oshib borishi bilan qalinlik va qarshilikning bir xilligi va nuqson zichligini nazorat qilish tobora qiyinlashadi.
SiC qurilmalari: Xalqaro miqyosda 600 ~ 1700V SiC SBD va MOSFET sanoatlashtirilgan. Asosiy mahsulotlar 1200V dan past kuchlanish darajasida ishlaydi va birinchi navbatda TO paketini qabul qiladi. Narxlar nuqtai nazaridan, xalqaro bozorda SiC mahsulotlari Si hamkasblaridan taxminan 5-6 baravar yuqori narxga ega. Biroq, narxlar yiliga 10% ga pasaymoqda. keyingi 2-3 yil ichida yuqori oqim materiallari va qurilmalar ishlab chiqarishni kengaytirish bilan bozor taklifi oshadi, bu esa narxlarning yanada pasayishiga olib keladi. Narx Si mahsulotlariga nisbatan 2-3 baravarga yetganda, tizim xarajatlarining kamayishi va yaxshilangan ishlashning afzalliklari SiC-ni asta-sekin Si qurilmalarining bozor maydonini egallashiga olib kelishi kutilmoqda.
An'anaviy qadoqlash kremniy asosidagi substratlarga asoslanadi, uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari esa butunlay yangi dizaynni talab qiladi. Keng tarmoqli quvvat qurilmalari uchun an'anaviy kremniyga asoslangan qadoqlash tuzilmalaridan foydalanish chastota, issiqlik boshqaruvi va ishonchlilik bilan bog'liq yangi muammolar va muammolarni keltirib chiqarishi mumkin. SiC quvvat qurilmalari parazit sig'im va indüktansga nisbatan sezgir. Si qurilmalari bilan taqqoslaganda, SiC quvvat chiplari tezroq o'tish tezligiga ega, bu esa haddan tashqari oshib ketish, tebranish, kommutatsiya yo'qotishlarining oshishi va hatto qurilmaning noto'g'ri ishlashiga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, SiC quvvat qurilmalari yuqori haroratlarda ishlaydi, bu esa issiqlikni boshqarishning ilg'or usullarini talab qiladi.
Keng diapazonli yarimo'tkazgichli quvvatni qadoqlash sohasida turli xil tuzilmalar ishlab chiqilgan. An'anaviy Si-ga asoslangan quvvat moduli qadoqlash endi mos emas. An'anaviy Si-ga asoslangan quvvat moduli qadoqlashning yuqori parazit parametrlari va zaif issiqlik tarqalish samaradorligi muammolarini hal qilish uchun SiC quvvat moduli o'zining tuzilishida simsiz ulanish va ikki tomonlama sovutish texnologiyasini qo'llaydi, shuningdek, substrat materiallarini yaxshiroq issiqlik bilan ta'minlaydi. o'tkazuvchanlik va ajratish kondensatorlari, harorat / oqim sensorlari va qo'zg'alish davrlarini modul tuzilishiga birlashtirishga harakat qildi va turli xil modulli qadoqlash texnologiyalarini ishlab chiqdi. Bundan tashqari, SiC qurilmalarini ishlab chiqarishda yuqori texnik to'siqlar mavjud va ishlab chiqarish xarajatlari yuqori.
Kremniy karbid qurilmalari CVD orqali kremniy karbid substratiga epitaksial qatlamlarni yotqizish orqali ishlab chiqariladi. Jarayon tozalash, oksidlanish, fotolitografiya, qirqish, fotorezistni tozalash, ion implantatsiyasi, kremniy nitridining kimyoviy bug'larini cho'ktirish, parlatish, püskürtme va SiC monokristalli substratda qurilma tuzilishini shakllantirish uchun keyingi ishlov berish bosqichlarini o'z ichiga oladi. SiC quvvat qurilmalarining asosiy turlariga SiC diodlari, SiC tranzistorlari va SiC quvvat modullari kiradi. Yuqori oqimdagi materiallarni ishlab chiqarish tezligining sekinligi va past rentabellik darajasi kabi omillar tufayli silikon karbid qurilmalari nisbatan yuqori ishlab chiqarish xarajatlariga ega.
Bundan tashqari, kremniy karbid qurilmalarini ishlab chiqarishda ma'lum texnik qiyinchiliklar mavjud:
1) Kremniy karbid materiallarining xususiyatlariga mos keladigan muayyan jarayonni ishlab chiqish kerak. Masalan: SiC yuqori erish nuqtasiga ega, bu an'anaviy termal diffuziyani samarasiz qiladi. Ion implantatsiyasining doping usulini qo'llash va harorat, isitish tezligi, davomiyligi va gaz oqimi kabi parametrlarni aniq nazorat qilish kerak; SiC kimyoviy erituvchilarga nisbatan inertdir. Quruq qirqish kabi usullarni qo'llash va niqob materiallari, gaz aralashmalari, yon devorning qiyaligini nazorat qilish, qirqish tezligi, yon devorning pürüzlülüğü va boshqalarni optimallashtirish va ishlab chiqish kerak;
2) Kremniy karbid gofretlarida metall elektrodlarni ishlab chiqarish 10-5ũ2 dan past bo'lgan kontakt qarshiligini talab qiladi. Talablarga javob beradigan elektrod materiallari, Ni va Al, 100 ° C dan yuqori issiqlik barqarorligiga ega, ammo Al / Ni yaxshi termal barqarorlikka ega. /W/Au kompozit elektrod materialining kontaktga xos qarshiligi 10-3Ō2 ga yuqori;
3) SiC yuqori kesish aşınmasına ega va SiC ning qattiqligi olmosdan keyin ikkinchi o'rinda turadi, bu kesish, silliqlash, parlatish va boshqa texnologiyalar uchun yuqori talablarni qo'yadi.
Bundan tashqari, xandaq kremniy karbid quvvat qurilmalarini ishlab chiqarish qiyinroq. Turli xil qurilma tuzilmalariga ko'ra, silikon karbid quvvat qurilmalari asosan planar qurilmalar va xandaq qurilmalariga bo'linishi mumkin. Planar kremniy karbidli quvvat qurilmalari yaxshi birlik mustahkamligi va oddiy ishlab chiqarish jarayoniga ega, ammo JFET ta'siriga moyil bo'lib, yuqori parazit sig'imga va davlat qarshiligiga ega. Planar qurilmalar bilan solishtirganda, xandaq kremniy karbid quvvat qurilmalari past birlik mustahkamligiga ega va yanada murakkab ishlab chiqarish jarayoniga ega. Shu bilan birga, xandaq tuzilishi qurilma birligi zichligini oshirishga yordam beradi va kanal harakatchanligi muammosini hal qilish uchun foydali bo'lgan JFET effektini ishlab chiqarish ehtimoli kamroq. U kichik qarshilik, kichik parazit sig'im va kam kommutatsiya energiya iste'moli kabi ajoyib xususiyatlarga ega. U sezilarli xarajat va ishlash afzalliklariga ega va silikon karbid quvvat qurilmalarini rivojlantirishning asosiy yo'nalishiga aylandi. Rohm rasmiy veb-saytiga ko'ra, ROHM Gen3 tuzilishi (Gen1 Trench strukturasi) Gen2 (Plannar2) chip maydonining atigi 75% ni tashkil qiladi va ROHM Gen3 strukturasining qarshiligi bir xil chip o'lchami ostida 50% ga kamayadi.
Silikon karbidli substrat, epitaksiya, front-end, ilmiy-tadqiqot xarajatlari va boshqalar kremniy karbid qurilmalarini ishlab chiqarish xarajatlarining mos ravishda 47%, 23%, 19%, 6% va 5% ni tashkil qiladi.
Nihoyat, biz silikon karbid sanoat zanjirida substratlarning texnik to'siqlarini buzishga e'tibor qaratamiz.
Silikon karbidli substratlarni ishlab chiqarish jarayoni kremniy asosli substratlarga o'xshash, ammo qiyinroq.
Silikon karbid substratini ishlab chiqarish jarayoni odatda xom ashyo sintezi, kristall o'sishi, ingotni qayta ishlash, ingot kesish, gofret silliqlash, abraziv, tozalash va boshqa aloqalarni o'z ichiga oladi.
Kristal o'sish bosqichi butun jarayonning yadrosidir va bu bosqich silikon karbid substratining elektr xususiyatlarini aniqlaydi.
Silikon karbid materiallarini normal sharoitda suyuq fazada o'stirish qiyin. Bugungi kunda bozorda mashhur bo'lgan bug 'fazasining o'sishi usuli 2300 ° C dan yuqori o'sish haroratiga ega va o'sish haroratini aniq nazorat qilishni talab qiladi. Butun operatsiya jarayonini kuzatish deyarli qiyin. Engil xatolik mahsulotning ishdan chiqishiga olib keladi. Taqqoslash uchun, silikon materiallar faqat 1600 ℃ talab qiladi, bu ancha past. Silikon karbid substratlarini tayyorlash, shuningdek, sekin kristall o'sishi va yuqori kristall shakl talablari kabi qiyinchiliklarga duch keladi. Silikon karbid gofretning o'sishi taxminan 7 dan 10 kungacha davom etadi, kremniy tayoqni tortib olish esa atigi 2 yarim kun davom etadi. Bundan tashqari, kremniy karbid qattiqligi bo'yicha olmosdan keyin ikkinchi o'rinda turadigan materialdir. Kesish, silliqlash va parlatish jarayonida ko'p narsani yo'qotadi va chiqish nisbati atigi 60% ni tashkil qiladi.
Biz bilamizki, kremniy karbidli substratlar hajmini oshirish tendentsiyasi mavjud, chunki o'lcham o'sishda davom etmoqda, diametrini kengaytirish texnologiyasiga qo'yiladigan talablar yuqori va yuqori bo'lib bormoqda. Kristallarning iterativ o'sishiga erishish uchun turli xil texnik nazorat elementlarining kombinatsiyasini talab qiladi.
Xabar vaqti: 22-may-2024-yil