Thế hệ vật liệu bán dẫn đầu tiên được thể hiện bằng silicon (Si) và germanium (Ge) truyền thống, là cơ sở để sản xuất mạch tích hợp. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các bóng bán dẫn và máy dò điện áp thấp, tần số thấp và công suất thấp. Hơn 90% sản phẩm bán dẫn được làm từ vật liệu gốc silicon;
Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai được đại diện bởi gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP) và gallium phosphide (GaP). So với các thiết bị dựa trên silicon, chúng có đặc tính quang điện tử tần số cao và tốc độ cao và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quang điện tử và vi điện tử. ;
Thế hệ vật liệu bán dẫn thứ ba được thể hiện bằng các vật liệu mới nổi như cacbua silic (SiC), gali nitrit (GaN), oxit kẽm (ZnO), kim cương (C) và nhôm nitrit (AlN).
cacbua siliclà vật liệu cơ bản quan trọng cho sự phát triển của ngành bán dẫn thế hệ thứ ba. Các thiết bị năng lượng cacbua silic có thể đáp ứng hiệu quả các yêu cầu về hiệu suất cao, thu nhỏ và nhẹ của hệ thống điện tử công suất với khả năng chịu điện áp cao, chịu nhiệt độ cao, tổn thất thấp và các đặc tính khác tuyệt vời.
Do các đặc tính vật lý ưu việt của nó: khoảng cách dải cao (tương ứng với điện trường đánh thủng cao và mật độ công suất cao), độ dẫn điện cao và độ dẫn nhiệt cao nên nó được kỳ vọng sẽ trở thành vật liệu cơ bản được sử dụng rộng rãi nhất để chế tạo chip bán dẫn trong tương lai. . Đặc biệt trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới, sản xuất điện quang điện, vận tải đường sắt, lưới điện thông minh và các lĩnh vực khác, nó có những lợi thế rõ ràng.
Quy trình sản xuất SiC được chia thành ba bước chính: tăng trưởng đơn tinh thể SiC, tăng trưởng lớp epiticular và sản xuất thiết bị, tương ứng với bốn liên kết chính của chuỗi công nghiệp:chất nền, epitaxy, thiết bị và mô-đun.
Phương pháp sản xuất chất nền chủ đạo trước tiên sử dụng phương pháp thăng hoa hơi vật lý để làm thăng hoa bột trong môi trường chân không nhiệt độ cao và phát triển các tinh thể cacbua silic trên bề mặt tinh thể hạt thông qua việc kiểm soát trường nhiệt độ. Sử dụng tấm bán dẫn silicon cacbua làm chất nền, quá trình lắng đọng hơi hóa học được sử dụng để lắng đọng một lớp tinh thể đơn trên tấm bán dẫn để tạo thành tấm bán dẫn epiticular. Trong số đó, việc phát triển lớp epiticular cacbua silic trên đế cacbua silic dẫn điện có thể được chế tạo thành các thiết bị điện, chủ yếu được sử dụng trong xe điện, quang điện và các lĩnh vực khác; trồng lớp epiticular gallium nitride trên vật liệu bán cách nhiệtchất nền cacbua siliccó thể tiếp tục được chế tạo thành các thiết bị tần số vô tuyến, được sử dụng trong truyền thông 5G và các lĩnh vực khác.
Hiện tại, chất nền cacbua silic có rào cản kỹ thuật cao nhất trong chuỗi công nghiệp cacbua silic và chất nền cacbua silic là loại khó sản xuất nhất.
Nút thắt sản xuất SiC vẫn chưa được giải quyết triệt để, chất lượng của các cột tinh thể nguyên liệu thô không ổn định và có vấn đề về năng suất, dẫn đến giá thành của thiết bị SiC cao. Chỉ mất trung bình 3 ngày để vật liệu silicon phát triển thành một thanh tinh thể, nhưng phải mất một tuần để một thanh tinh thể cacbua silic. Một thanh tinh thể silicon thông thường có thể dài 200 cm, nhưng một thanh tinh thể silicon cacbua chỉ có thể dài 2 cm. Hơn nữa, bản thân SiC là một vật liệu cứng và giòn, và các tấm wafer làm từ nó dễ bị sứt mẻ ở cạnh khi sử dụng phương pháp cắt wafer cắt cơ học truyền thống, điều này ảnh hưởng đến năng suất và độ tin cậy của sản phẩm. Chất nền SiC rất khác so với các thỏi silicon truyền thống và mọi thứ từ thiết bị, quy trình, xử lý đến cắt đều cần phải được phát triển để xử lý cacbua silic.
Chuỗi công nghiệp cacbua silic chủ yếu được chia thành bốn liên kết chính: chất nền, epitaxy, thiết bị và ứng dụng. Vật liệu nền là nền tảng của chuỗi công nghiệp, vật liệu epiticular là chìa khóa để sản xuất thiết bị, thiết bị là cốt lõi của chuỗi công nghiệp và các ứng dụng là động lực phát triển công nghiệp. Ngành công nghiệp thượng nguồn sử dụng nguyên liệu thô để chế tạo vật liệu nền thông qua các phương pháp thăng hoa hơi vật lý và các phương pháp khác, sau đó sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học và các phương pháp khác để phát triển vật liệu epiticular. Ngành công nghiệp trung nguồn sử dụng các vật liệu thượng nguồn để chế tạo các thiết bị tần số vô tuyến, thiết bị điện và các thiết bị khác, cuối cùng được sử dụng trong truyền thông 5G hạ nguồn. , xe điện, vận tải đường sắt, v.v. Trong số đó, chất nền và epitaxy chiếm 60% chi phí của chuỗi công nghiệp và là giá trị chính của chuỗi công nghiệp.
Chất nền SiC: Tinh thể SiC thường được sản xuất bằng phương pháp Lely. Các sản phẩm phổ thông quốc tế đang chuyển đổi từ 4 inch sang 6 inch và các sản phẩm chất nền dẫn điện 8 inch đã được phát triển. Chất nền trong nước chủ yếu là 4 inch. Do dây chuyền sản xuất tấm wafer silicon 6 inch hiện có có thể được nâng cấp và chuyển đổi để sản xuất thiết bị SiC, nên thị phần cao của chất nền SiC 6 inch sẽ được duy trì trong thời gian dài.
Quá trình xử lý chất nền cacbua silic phức tạp và khó sản xuất. Chất nền cacbua silic là một vật liệu đơn tinh thể bán dẫn phức hợp bao gồm hai nguyên tố: carbon và silicon. Hiện nay, ngành công nghiệp chủ yếu sử dụng bột carbon có độ tinh khiết cao và bột silicon có độ tinh khiết cao làm nguyên liệu thô để tổng hợp bột cacbua silic. Trong trường nhiệt độ đặc biệt, phương pháp truyền hơi vật lý trưởng thành (phương pháp PVT) được sử dụng để phát triển cacbua silic có kích thước khác nhau trong lò tăng trưởng tinh thể. Thỏi tinh thể cuối cùng được xử lý, cắt, nghiền, đánh bóng, làm sạch và nhiều quy trình khác để tạo ra chất nền cacbua silic.
Thời gian đăng: 22-05-2024