Entwodiksyon nan carbure Silisyòm
Silisyòm Carbide (SiC) se yon materyèl semiconductor konpoze ki konpoze de kabòn ak Silisyòm, ki se youn nan materyèl ideyal pou fè tanperati ki wo, segondè frekans, gwo pouvwa ak aparèy vòltaj segondè. Konpare ak materyèl tradisyonèl Silisyòm (Si), espas sa a nan carbure Silisyòm se 3 fwa sa yo ki nan Silisyòm. Konduktivite tèmik la se 4-5 fwa silisyòm; Vòltaj la pann se 8-10 fwa sa a nan Silisyòm; Pousantaj drift saturation elektwonik la se 2-3 fwa sa a nan Silisyòm, ki satisfè bezwen endistri modèn pou gwo pouvwa, vòltaj segondè ak frekans segondè. Li se sitou itilize pou pwodiksyon an nan gwo vitès, segondè-frekans, segondè-pouvwa ak limyè-emèt konpozan elektwonik. Jaden aplikasyon yo en gen ladan gri entelijan, nouvo machin enèji, enèji van fotovoltaik, kominikasyon 5G, elatriye dyod carbure Silisyòm ak MOSFET yo te aplike komèsyalman.
Rezistans tanperati ki wo. Lajè espas sa a nan carbure Silisyòm se 2-3 fwa sa yo ki nan Silisyòm, elektwon yo pa fasil pou tranzisyon nan tanperati ki wo, epi yo ka kenbe tèt ak pi wo tanperati opere, ak konduktiviti nan tèmik nan carbure Silisyòm se 4-5 fwa sa yo ki nan Silisyòm, fè dissipation chalè aparèy la pi fasil ak tanperati opere limit la pi wo. Rezistans nan tanperati ki wo ka ogmante siyifikativman dansite pouvwa pandan y ap diminye kondisyon yo sou sistèm refwadisman an, fè tèminal la pi lejè ak pi piti.
Kenbe presyon ki wo. Fòs jaden elektrik pann nan carbure Silisyòm se 10 fwa sa a nan Silisyòm, ki ka kenbe tèt ak pi wo vòltaj epi li pi apwopriye pou aparèy wo-vòltaj.
Rezistans frekans segondè. Silisyòm carbure gen yon pousantaj drift elèktron satire de fwa sa ki nan Silisyòm, sa ki lakòz absans aktyèl tailing pandan pwosesis la fèmen, ki ka efektivman amelyore frekans nan chanje nan aparèy la ak reyalize miniaturization nan aparèy la.
Ba pèt enèji. Konpare ak materyèl Silisyòm, carbure Silisyòm gen trè ba sou-rezistans ak ba sou-pèt. An menm tan an, gwo band-gap lajè nan carbure Silisyòm anpil diminye aktyèl la flit ak pèt pouvwa a. Anplis de sa, aparèy la carbure Silisyòm pa gen aktyèl fenomèn fin pandan pwosesis la are, ak pèt la chanje se ba.
Silisyòm carbure endistri chèn
Li sitou gen ladan substra, epitaksi, konsepsyon aparèy, fabrikasyon, sele ak sou sa. Silisyòm carbure soti nan materyèl la nan aparèy la pouvwa semi-conducteurs pral fè eksperyans kwasans sèl kristal, tranche ingot, kwasans epitaxial, konsepsyon wafer, fabrikasyon, anbalaj ak lòt pwosesis. Apre sentèz poud carbure Silisyòm, ingot carbure Silisyòm lan fèt an premye, epi li jwenn substra carbure Silisyòm nan tranche, fanm k'ap pile ak polisaj, epi fèy epitaxial la jwenn pa kwasans epitaxial. Wafer epitaxial la fèt ak carbure Silisyòm atravè litografi, grave, enplantasyon ion, pasivasyon metal ak lòt pwosesis, wafer la koupe nan mouri, aparèy la pake, epi aparèy la konbine nan yon koki espesyal ak reyini nan yon modil.
En chèn endistri a 1: substrate - kwasans kristal se lyen pwosesis debaz la
Silisyòm carbure substra kont pou apeprè 47% nan pri a nan aparèy carbure Silisyòm, pi wo manifakti baryè teknik yo, valè a pi gwo, se nwayo a nan lavni endistriyalizasyon nan gwo echèl nan SiC.
Soti nan pèspektiv nan diferans pwopriyete elektwochimik, materyèl substra carbure Silisyòm yo ka divize an substra konduktif (rejyon rezistivite 15 ~ 30mΩ·cm) ak substrats semi-izole (rezistivite pi wo pase 105Ω·cm). Sa yo de kalite substrats yo te itilize pou fabrike aparèy disrè tankou aparèy pouvwa ak aparèy frekans radyo respektivman apre kwasans epitaxial. Pami yo, se substrate semi-izole carbure Silisyòm pwensipalman itilize nan envantè de aparèy RF nitrure galyòm, aparèy fotoelektrik ak sou sa. Lè w ap grandi gan epitaxial kouch sou semi-izole SIC substra, se plak epitaxial sic la prepare, ki ka plis prepare nan HEMT gan iso-nitrure RF aparèy. Substra carbure Silisyòm kondiktif se sitou itilize nan envantè de aparèy pouvwa. Diferan de pwosesis fabrikasyon tradisyonèl aparèy Silisyòm pouvwa a, aparèy pouvwa Silisyòm carbure pa ka dirèkteman fèt sou substra carbure Silisyòm, kouch epitaxial carbure Silisyòm bezwen grandi sou substra konduktif pou jwenn fèy epitaxial carbure Silisyòm, epi epitaxial la. se kouch fabrike sou dyod Schottky, MOSFET, IGBT ak lòt aparèy pouvwa.
Silisyòm poud carbure te sentèz soti nan poud kabòn segondè pite ak segondè poud Silisyòm pite, ak diferan gwosè nan ingot carbure Silisyòm yo te grandi anba jaden tanperati espesyal, ak Lè sa a, substrate carbure Silisyòm te pwodwi atravè pwosesis pwosesis miltip. Pwosesis debaz la gen ladan:
Sentèz matyè premyè: Se poud Silisyòm ki gen pite + toner melanje dapre fòmil la, epi li se reyaksyon an te pote soti nan chanm reyaksyon an anba kondisyon tanperati ki wo pi wo a 2000 ° C nan sentèz patikil yo carbure Silisyòm ak kalite kristal espesifik ak patikil. gwosè. Lè sa a, nan kraze a, tès depistaj, netwaye ak lòt pwosesis, satisfè kondisyon ki nan pite segondè Silisyòm carbure poud matyè premyè.
Kwasans kristal se pwosesis debaz fabrikasyon substrate carbure Silisyòm, ki detèmine pwopriyete elektrik substrate carbure Silisyòm. Kounye a, metòd prensipal yo pou kwasans kristal yo se transfè vapè fizik (PVT), depo vapè chimik tanperati ki wo (HT-CVD) ak epitaksi faz likid (LPE). Pami yo, metòd PVT se metòd endikap pou kwasans komèsyal nan substra SiC kounye a, ak pi wo matirite teknik ak pi lajman itilize nan jeni.
Preparasyon nan SiC substra difisil, ki mennen ale nan pri segondè li yo
Kontwòl jaden tanperati difisil: Si baton kristal kwasans sèlman bezwen 1500 ℃, pandan y ap baton kristal SiC bezwen grandi nan yon tanperati ki wo pi wo pase 2000 ℃, e gen plis pase 250 izomè SiC, men prensipal 4H-SiC estrikti kristal sèl pou pwodiksyon an nan aparèy pouvwa, si se pa kontwòl egzak, pral jwenn lòt estrikti kristal. Anplis de sa, gradyan tanperati a nan crucible a detèmine pousantaj transfè SiC sublimasyon ak aranjman ak kwasans mòd atòm gaz sou koòdone kristal la, ki afekte to kwasans kristal ak bon jan kalite kristal, kidonk li nesesè yo fòme yon jaden tanperati sistematik. teknoloji kontwòl. Konpare ak materyèl Si, diferans lan nan pwodiksyon SiC se tou nan pwosesis tanperati ki wo tankou enplantasyon ion tanperati ki wo, oksidasyon tanperati ki wo, deklanchman tanperati ki wo, ak pwosesis la mask difisil ki nesesè nan pwosesis sa yo tanperati ki wo.
Ralanti kwasans kristal: to kwasans baton Si kristal ka rive nan 30 ~ 150mm / h, ak pwodiksyon an nan 1-3m baton kristal Silisyòm sèlman pran apeprè 1 jou; SiC kristal baton ak metòd PVT kòm yon egzanp, to kwasans lan se sou 0.2-0.4mm / h, 7 jou yo grandi mwens pase 3-6cm, to kwasans lan se mwens pase 1% nan materyèl la Silisyòm, kapasite pwodiksyon an se trè limite.
Paramèt pwodwi segondè ak sede ba: paramèt debaz yo nan substra SiC gen ladan dansite mikrotubule, dansite debwatman, rezistivite, deformation, brutality sifas, elatriye. Li se yon jeni sistèm konplèks pou fè aranjman pou atòm nan yon chanm fèmen tanperati wo ak kwasans konplè kristal, pandan y ap kontwole endèks paramèt yo.
Materyèl la gen gwo dite, segondè frajil, tan koupe long ak gwo mete: SiC Mohs dite nan 9.25 se dezyèm sèlman dyaman, ki mennen nan yon ogmantasyon siyifikatif nan difikilte pou koupe, fanm k'ap pile ak polisaj, epi li pran apeprè 120 èdtan. koupe 35-40 moso nan yon lengote 3cm epè. Anplis de sa, akòz gwo frajil nan SiC, mete pwosesis wafer yo pral pi plis, ak rapò pwodiksyon an se sèlman apeprè 60%.
Tandans devlopman: Ogmantasyon gwosè + diminye pri
Mache mondyal SiC 6-pous liy pwodiksyon volim ap matirite, ak dirijan konpayi yo te antre nan mache 8-pous. Pwojè devlopman domestik yo se sitou 6 pous. Kounye a, byenke pifò konpayi domestik yo toujou baze sou liy pwodiksyon 4-pous, men endistri a piti piti agrandi a 6-pous, ak matirite nan 6-pous sipòte teknoloji ekipman, domestik SiC substra teknoloji se tou piti piti amelyore ekonomi yo nan. echèl nan liy pwodiksyon gwo-gwosè yo pral reflete, ak aktyèl domestik 6-pous espas pwodiksyon an mas te redwi a 7 ane. Gwosè a wafer pi gwo ka pote sou yon ogmantasyon nan kantite chips sèl, amelyore to a sede, epi redwi pwopòsyon nan chips kwen, ak pri a nan rechèch ak devlopman ak pèt sede yo pral kenbe nan apeprè 7%, kidonk amelyore wafer. itilizasyon.
Gen toujou anpil difikilte nan konsepsyon aparèy
Komèsyalizasyon nan dyòd SiC piti piti amelyore, kounye a, yon kantite manifaktirè domestik yo te fèt pwodwi SiC SBD, mwayen ak segondè vòltaj pwodwi SiC SBD gen bon estabilite, nan machin nan OBC, itilize nan SiC SBD + SI IGBT reyalize ki estab. dansite aktyèl la. Kounye a, pa gen okenn baryè nan konsepsyon patant pwodwi SiC SBD nan Lachin, ak diferans ki genyen ak peyi etranje yo piti.
SiC MOS toujou gen anpil difikilte, toujou gen yon diferans ant SiC MOS ak manifaktirè lòt bò dlo, ak platfòm manifakti ki enpòtan an toujou sou konstriksyon. Koulye a, ST, Infineon, Rohm ak lòt 600-1700V SiC MOS te reyalize pwodiksyon an mas ak siyen ak anbake ak anpil endistri manifakti, pandan y ap aktyèl domestik SiC MOS konsepsyon an te fondamantalman fini, yon kantite manifaktirè konsepsyon ap travay ak fab nan etap nan koule wafer, epi pita verifikasyon kliyan toujou bezwen kèk tan, kidonk gen toujou yon bon bout tan soti nan gwo-echèl komèsyalizasyon.
Kounye a, estrikti planar a se chwa endikap la, ak kalite tranche a lajman ki itilize nan jaden presyon ki wo nan tan kap vini an. Planè estrikti SiC MOS manifaktirè yo anpil, estrikti nan planar se pa fasil yo pwodwi pwoblèm pann lokal yo konpare ak Groove a, ki afekte estabilite nan travay la, nan mache ki anba a 1200V gen yon pakèt valè aplikasyon, ak estrikti nan planar se relativman senp nan fen fabrikasyon an, satisfè fabrikasyon an ak pri kontwòl de aspè. Aparèy Groove a gen avantaj ki genyen nan enduktans parazit ki ba anpil, vitès switch rapid, pèt ki ba ak pèfòmans relativman wo.
2--SiC wafer nouvèl
Silisyòm carbure mache pwodiksyon ak lavant kwasans, peye atansyon sou dezekilib estriktirèl ant rezèv ak demann
Avèk kwasans rapid demann sou mache a pou elektwonik pouvwa segondè-frekans ak gwo pouvwa, limit fizik aparèy semi-conducteurs ki baze sou Silisyòm piti piti vin enpòtan, ak materyèl semi-conducteurs twazyèm jenerasyon ki reprezante pa carbure Silisyòm (SiC) te piti piti. vin endistriyalize. Soti nan pwen de vi nan pèfòmans materyèl, carbure Silisyòm gen 3 fwa lajè a band gap nan materyèl Silisyòm, 10 fwa pann kritik fòs jaden elektrik la, 3 fwa konduktiviti nan tèmik, kidonk aparèy pouvwa Silisyòm carbure yo apwopriye pou frekans segondè, presyon ki wo, tanperati ki wo ak lòt aplikasyon, ede amelyore efikasite ak dansite pouvwa nan sistèm elektwonik pouvwa.
Kounye a, dyod SiC ak MOSFET SiC yo te deplase piti piti nan mache a, e gen plis pwodwi ki gen matirite, nan mitan ki dyod SiC yo lajman itilize olye pou yo dyod Silisyòm ki baze sou nan kèk jaden paske yo pa gen avantaj nan chaj rekiperasyon ranvèse; SiC MOSFET tou piti piti itilize nan otomobil, depo enèji, pil chaje, fotovoltaik ak lòt jaden; Nan jaden aplikasyon pou otomobil, tandans modularizasyon an ap vin pi plis ak plis enpòtan, pèfòmans siperyè SiC bezwen konte sou pwosesis anbalaj avanse pou reyalize, teknikman ak poze sele relativman ki gen matirite kòm endikap, tan kap vini an oswa devlopman plastik sele. , karakteristik devlopman Customized li yo pi apwopriye pou modil SiC.
Silisyòm carbure pri bès vitès ou dèyè imajinasyon
Aplikasyon an nan aparèy carbure Silisyòm se sitou limite pa pri a wo, pri a nan SiC MOSFET anba menm nivo a se 4 fwa pi wo pase sa yo ki nan Si ki baze sou IGBT, sa a se paske pwosesis la nan carbure Silisyòm se konplèks, nan ki kwasans lan nan sèl kristal ak epitaxial se pa sèlman piman bouk sou anviwònman an, men tou, to kwasans lan se ralanti, ak pwosesis la kristal sèl nan substra a dwe ale nan pwosesis la koupe ak polisaj. Ki baze sou pwòp karakteristik materyèl li yo ak teknoloji pwosesis frelikè, sede a nan substra domestik se mwens pase 50%, ak divès kalite faktè mennen nan substra segondè ak pri epitaxial.
Sepandan, konpozisyon pri a nan aparèy carbure Silisyòm ak aparèy ki baze sou Silisyòm se dyametralman opoze, substra a ak depans epitaxial nan chanèl la devan kont pou 47% ak 23% nan aparèy la tout antye respektivman, totalize apeprè 70%, konsepsyon aparèy la, fabrikasyon. ak sele lyen nan kanal la tounen kont pou sèlman 30%, pri pwodiksyon an nan aparèy Silisyòm ki baze sou sitou konsantre nan fabrikasyon an wafer nan kanal la tounen sou 50%, ak pri a substra kont pou sèlman 7%. Fenomèn nan valè a nan chèn endistri carbure Silisyòm tèt anba vle di ke en substra epitaksi manifaktirè yo gen dwa debaz yo pale, ki se kle nan Layout nan antrepriz domestik ak etranje yo.
Soti nan pwen de vi dinamik sou mache a, diminye pri a nan carbure Silisyòm, nan adisyon a amelyore kristal la long carbure Silisyòm ak pwosesis tranche, se elaji gwosè a wafer, ki se tou chemen an matirite nan devlopman semi-conducteurs nan tan lontan an, Wolfspeed done montre ke Silisyòm carbure substrate ajou de 6 pous pou 8 pous, pwodiksyon chip ki kalifye ka ogmante pa 80% -90%, epi ede amelyore sede a. Ka diminye pri inite konbine pa 50%.
2023 se ke yo rekonèt kòm "8-pous SiC premye ane a", ane sa a, domestik ak etranje manifaktirè carbure Silisyòm yo akselere Layout a nan carbure Silisyòm 8-pous, tankou Wolfspeed envestisman fou nan 14.55 milya dola ameriken pou ekspansyon pwodiksyon carbure Silisyòm, yon pati enpòtan nan ki se konstriksyon an nan 8-pous SiC substrate manifakti plant, Pou asire rezèv la nan lavni nan 200 mm SiC fè metal nan yon kantite konpayi; Domestik Tianyue Advanced ak Tianke Heda te siyen tou akò alontèm ak Infineon pou bay substrats carbure Silisyòm 8-pous nan tan kap vini an.
Kòmanse nan ane sa a, carbure Silisyòm pral akselere soti nan 6 pous a 8 pous, Wolfspeed espere ke pa 2024, pri chip inite a nan 8 pous substra konpare ak pri a chip inite nan 6 pous substra nan 2022 ap redwi pa plis pase 60% , ak bès pri a pral plis louvri mache aplikasyon an, Ji Bond Consulting rechèch done vize deyò. Pati nan mache aktyèl la nan pwodwi 8-pous se mwens pase 2%, ak pati nan mache espere grandi a apeprè 15% pa 2026.
An reyalite, pousantaj la bès nan pri a nan substrate carbure Silisyòm ka depase imajinasyon anpil moun, òf aktyèl la sou mache a nan 6-pous substra se 4000-5000 Yuan / moso, konpare ak kòmansman ane a te tonbe anpil, se espere tonbe anba a 4000 Yuan ane pwochèn, li se vo anyen ke kèk manifaktirè yo nan lòd yo jwenn premye mache a, te redwi pri a lavant nan liy pri ki anba a, Louvri modèl la nan lagè a pri, sitou konsantre nan substra a carbure Silisyòm. rezèv la te relativman ase nan jaden an ba-vòltaj, manifaktirè domestik yo ak etranje yo agresif elaji kapasite pwodiksyon, oswa kite silisyòm carbure substrate oversupply etap pi bonè pase imajine.
Tan poste: Jan-19-2024