Entwodiksyon nan carbure Silisyòm
Karbid Silisyòm (SiC) se yon materyèl semi-kondiktè konpoze ki fèt ak kabòn ak Silisyòm, ki se youn nan materyèl ideyal yo pou fabrike aparèy ki reziste tanperati ki wo, frekans ki wo, puisans ki wo ak vòltaj ki wo. Konpare ak materyèl Silisyòm tradisyonèl la (Si), espas bann Silisyòm nan se 3 fwa pi gwo pase Silisyòm nan. Konduktivite tèmik li se 4-5 fwa pi gwo pase Silisyòm nan; Vòltaj pann li se 8-10 fwa pi gwo pase Silisyòm nan; To derive saturation elektwonik la se 2-3 fwa pi gwo pase Silisyòm nan, sa ki satisfè bezwen endistri modèn nan pou gwo puisans, gwo vòltaj ak gwo frekans. Li sitou itilize pou pwodiksyon konpozan elektwonik ki gen gwo vitès, gwo frekans, gwo puisans ak ki emèt limyè. Jaden aplikasyon en yo enkli rezo entelijan, machin nouvo enèji, enèji van fotovoltaik, kominikasyon 5G, elatriye. Dyòd ak MOSFET Karbid Silisyòm yo te aplike komèsyalman.
Rezistans tanperati ki wo. Lajè espas bann Silisyòm carbure a se 2-3 fwa pi lajè pase Silisyòm nan, elektwon yo pa fasil pou chanje nan tanperati ki wo, epi yo ka sipòte tanperati fonksyònman ki pi wo, epi konduktivite tèmik Silisyòm carbure a se 4-5 fwa pi lajè pase Silisyòm nan, sa ki fè disipasyon chalè aparèy la pi fasil epi tanperati limit fonksyònman an pi wo. Rezistans tanperati ki wo a ka ogmante dansite puisans lan anpil pandan y ap diminye egzijans sou sistèm refwadisman an, sa ki fè tèminal la pi lejè epi pi piti.
Reziste presyon ki wo. Fòs chan elektrik pann Silisyòm carbure a se 10 fwa pi wo pase Silisyòm, ki ka reziste vòltaj ki pi wo epi ki pi apwopriye pou aparèy vòltaj ki wo.
Rezistans frekans segondè. Karbid Silisyòm gen yon to derive elektwon satire de fwa pi wo pase Silisyòm, sa ki lakòz absans ke aktyèl pandan pwosesis are a, sa ki ka efektivman amelyore frekans komitasyon aparèy la epi reyalize miniaturizasyon aparèy la.
Pèt enèji ki ba. Konpare ak materyèl Silisyòm, carbure Silisyòm gen yon rezistans ki ba anpil epi yon pèt ki ba. An menm tan, gwo lajè espas bann carbure Silisyòm lan diminye anpil kouran flit la ak pèt pouvwa a. Anplis de sa, aparèy carbure Silisyòm lan pa gen fenomèn trennen kouran pandan pwosesis are a, epi pèt komitasyon an ba.
Chèn endistri carbure Silisyòm
Li sitou gen ladan l substrat, epitaksi, konsepsyon aparèy, fabrikasyon, sele ak sou sa. Silisyòm carbure soti nan materyèl la rive nan aparèy pouvwa semi-kondiktè a pral fè eksperyans kwasans monokristal, tranchaj lengote, kwasans epitaksi, konsepsyon wafer, fabrikasyon, anbalaj ak lòt pwosesis. Apre sentèz poud Silisyòm carbure a, yo fè lengote Silisyòm carbure a an premye, epi answit yo jwenn substrat Silisyòm carbure a pa tranchaj, fanm ak polisaj, epi yo jwenn fèy epitaksi a pa kwasans epitaksi. Wafer epitaksi a fèt ak Silisyòm carbure atravè litografi, grave, enplantasyon iyon, pasivasyon metal ak lòt pwosesis, yo koupe wafer la an mwazi, yo pake aparèy la, epi yo konbine aparèy la nan yon koki espesyal epi yo rasanble li nan yon modil.
An amon chèn endistri 1: substrat - kwasans kristal se lyen pwosesis prensipal la
Substra Silisyòm carbure reprezante anviwon 47% nan pri aparèy Silisyòm carbure, pi gwo baryè teknik fabrikasyon yo, pi gwo valè a, se nwayo endistriyalizasyon gwo echèl SiC nan lavni.
Nan pèspektiv diferans pwopriyete elektwochimik yo, materyèl substrati Silisyòm kabid yo ka divize an substrati kondiktif (rejyon rezistivite 15~30mΩ·cm) ak substrati semi-izole (rezistivite ki pi wo pase 105Ω·cm). De kalite substrati sa yo itilize pou fabrike aparèy diskrè tankou aparèy pouvwa ak aparèy frekans radyo respektivman apre kwasans epitaksi. Pami yo, substrati Silisyòm kabid semi-izole a sitou itilize nan fabrikasyon aparèy RF nitrid galyòm, aparèy fotoelektrik ak sou sa. Lè yo grandi kouch epitaksi gan sou substrati SIC semi-izole a, yo prepare plak epitaksi sic la, ki ka prepare plis nan aparèy RF izo-nitrid gan HEMT. Substrati Silisyòm kabid kondiktif la sitou itilize nan fabrikasyon aparèy pouvwa. Kontrèman ak pwosesis fabrikasyon aparèy pouvwa Silisyòm tradisyonèl la, aparèy pouvwa Silisyòm carbure a pa ka fèt dirèkteman sou substrat Silisyòm carbure a, kouch epitaksyèl Silisyòm carbure a bezwen grandi sou substrat kondiktif la pou jwenn fèy epitaksyèl Silisyòm carbure a, epi kouch epitaksyèl la fabrike sou dyòd Schottky, MOSFET, IGBT ak lòt aparèy pouvwa.
Yo te sentetize poud carbure Silisyòm nan apati poud kabòn ki gen anpil pite ak poud silikon ki gen anpil pite, epi yo te kiltive diferan gwosè lengote carbure Silisyòm anba yon chan tanperati espesyal, epi answit yo te pwodui substrat carbure Silisyòm nan plizyè pwosesis pwosesis. Pwosesis prensipal la gen ladan l:
Sentèz matyè premyè: Yo melanje poud silikon pite a + toner la dapre fòmil la, epi yo fè reyaksyon an nan chanm reyaksyon an nan kondisyon tanperati ki wo pi wo pase 2000 °C pou sentetize patikil carbure silikon yo ak yon kalite kristal ak gwosè patikil espesifik. Apre sa, yo pase nan kraze, teste, netwaye ak lòt pwosesis pou satisfè egzijans matyè premyè poud carbure silikon pite.
Kwasans kristal se pwosesis prensipal fabrikasyon substrati Silisyòm kabid, ki detèmine pwopriyete elektrik substrati Silisyòm kabid la. Kounye a, metòd prensipal yo pou kwasans kristal yo se transfè fizik vapè (PVT), depo chimik vapè nan tanperati ki wo (HT-CVD) ak epitaksi faz likid (LPE). Pami yo, metòd PVT a se metòd prensipal pou kwasans komèsyal substrati SiC kounye a, ak pi gwo matirite teknik la epi li se pi lajman itilize nan jeni.
Preparasyon substrat SiC a difisil, sa ki lakòz pri li wo.
Kontwòl chan tanperati a difisil: kwasans baton kristal Si sèlman bezwen 1500 ℃, alòske baton kristal SiC bezwen grandi nan yon tanperati ki wo pi wo pase 2000 ℃, epi gen plis pase 250 izomè SiC, men prensipal estrikti monokristal 4H-SiC pou pwodiksyon aparèy pouvwa, si li pa gen yon kontwòl presi, li pral jwenn lòt estrikti kristal. Anplis de sa, gradyan tanperati nan kribij la detèmine vitès transfè siblimasyon SiC ak aranjman ak mòd kwasans atòm gaz yo sou koòdone kristal la, ki afekte vitès kwasans kristal la ak kalite kristal la, kidonk li nesesè pou fòme yon teknoloji sistematik pou kontwòl chan tanperati. Konpare ak materyèl Si, diferans lan nan pwodiksyon SiC tou se nan pwosesis tanperati ki wo tankou enplantasyon iyon tanperati ki wo, oksidasyon tanperati ki wo, aktivasyon tanperati ki wo, ak pwosesis mask di ke pwosesis tanperati ki wo sa yo mande.
Kwasans kristal dousman: to kwasans baton kristal Si a ka rive nan 30 ~ 150mm/h, epi pwodiksyon baton kristal Silisyòm 1-3m pran sèlman apeprè 1 jou; Pou baton kristal SiC ak metòd PVT kòm yon egzanp, to kwasans lan se apeprè 0.2-0.4mm/h, 7 jou pou grandi mwens pase 3-6cm, to kwasans lan se mwens pase 1% nan materyèl Silisyòm lan, kapasite pwodiksyon an trè limite.
Paramèt pwodwi ki wo ak sede ki ba: paramèt debaz substrat SiC yo enkli dansite mikrotubil, dansite dislokasyon, rezistivite, defòmasyon, brutality sifas, elatriye. Li se yon jeni sistèm konplèks pou fè aranjman atòm nan yon chanm fèmen tanperati ki wo epi konplete kwasans kristal la, pandan y ap kontwole endis paramèt yo.
Materyèl la gen yon gwo dite, gwo frajilite, yon tan koupe long ak yon gwo usure: dite SiC Mohs 9.25 la se dezyèm apre dyaman, sa ki lakòz yon ogmantasyon siyifikatif nan difikilte pou koupe, fanm ak poli, epi li pran apeprè 120 èdtan pou koupe 35-40 moso nan yon lengote 3cm epesè. Anplis de sa, akòz gwo frajilite SiC a, usure pwosesis wafer la pral pi gwo, epi rapò pwodiksyon an se sèlman anviwon 60%.
Tandans devlopman: Ogmantasyon gwosè + diminisyon pri
Liy pwodiksyon volim 6 pous mache mondyal SiC a ap matirite, epi konpayi dirijan yo te antre nan mache 8 pous la. Pwojè devlopman domestik yo sitou konsantre sou 6 pous. Kounye a, byenke pifò konpayi domestik yo toujou baze sou liy pwodiksyon 4 pous, endistri a ap piti piti elaji rive nan 6 pous, ak matirite teknoloji ekipman sipò 6 pous la, teknoloji substrat SiC domestik la ap amelyore piti piti tou, ekonomi de echèl liy pwodiksyon gwo gwosè yo pral reflete, epi diferans tan pwodiksyon mas domestik 6 pous aktyèl la te diminye a 7 ane. Gwosè wafer ki pi gwo a ka pote yon ogmantasyon nan kantite chip endividyèl, amelyore to sede a, epi redwi pwopòsyon chip kwen yo, epi pri rechèch ak devlopman ak pèt sede yo pral kenbe nan apeprè 7%, kidonk amelyore itilizasyon wafer la.
Toujou gen anpil difikilte nan konsepsyon aparèy la
Komèsyalizasyon dyòd SiC a ap amelyore piti piti. Kounye a, yon kantite manifaktirè lokal yo te desine pwodwi SiC SBD. Pwodwi SiC SBD mwayen ak wo vòltaj yo gen bon estabilite. Nan OBC machin yo, yo itilize SiC SBD + SI IGBT pou reyalize yon dansite kouran ki estab. Kounye a, pa gen okenn baryè nan konsepsyon patant pwodwi SiC SBD nan peyi Lachin, epi diferans ki genyen ak peyi etranje yo piti.
SiC MOS toujou gen anpil difikilte, toujou gen yon espas ant SiC MOS ak manifaktirè lòt bò dlo yo, epi platfòm fabrikasyon ki enpòtan an toujou anba konstriksyon. Kounye a, ST, Infineon, Rohm ak lòt SiC MOS 600-1700V yo te rive nan pwodiksyon an mas epi yo te siyen epi anbake ak anpil endistri fabrikasyon, pandan ke konsepsyon domestik SiC MOS aktyèl la te fondamantalman fini, yon kantite manifaktirè konsepsyon ap travay ak faktori nan etap koule wafer la, epi verifikasyon kliyan pita toujou bezwen kèk tan, kidonk toujou gen yon bon bout tan anvan komèsyalizasyon an gwo echèl.
Kounye a, estrikti planè a se chwa prensipal la, epi kalite tranche a pral lajman itilize nan domèn presyon ki wo nan lavni. Gen anpil manifaktirè SiC MOS ak estrikti planè. Konpare ak rainur, estrikti planè a pa fasil pou pwodui pwoblèm pann lokal, sa ki afekte estabilite travay la. Sou mache a ki anba 1200V, li gen yon pakèt valè aplikasyon, epi estrikti planè a relativman senp nan fen fabrikasyon, pou satisfè de aspè fabrikasyon ak kontwòl pri. Aparèy rainur la gen avantaj tankou enduktans parazit ki ba anpil, vitès komitasyon rapid, pèt ki ba ak pèfòmans relativman wo.
2--Nouvèl sou waf SiC yo
Pwodiksyon mache Silisyòm carbure ak kwasans lavant, peye atansyon sou dezekilib estriktirèl ant òf ak demann
Avèk kwasans rapid nan demann mache a pou elektwonik pouvwa wo-frekans ak wo-puisans, blokaj fizik aparèy semi-kondiktè ki baze sou Silisyòm yo te piti piti vin enpòtan, epi materyèl semi-kondiktè twazyèm jenerasyon ki reprezante pa Silisyòm carbure (SiC) yo te piti piti vin endistriyalize. Nan pwen de vi pèfòmans materyèl la, Silisyòm carbure gen 3 fwa lajè espas bann materyèl Silisyòm, 10 fwa fòs chan elektrik kritik pann 3 fwa pi wo, ak 3 fwa konduktivite tèmik, kidonk aparèy pouvwa Silisyòm carbure yo apwopriye pou aplikasyon wo-frekans, wo-presyon, wo-tanperati ak lòt, ede amelyore efikasite ak dansite pouvwa sistèm elektwonik pouvwa yo.
Kounye a, dyòd SiC ak MOSFET SiC yo piti piti antre sou mache a, epi gen pwodwi ki pi matirite, pami yo dyòd SiC yo lajman itilize olye de dyòd ki baze sou Silisyòm nan kèk domèn paske yo pa gen avantaj chaj rekiperasyon envès; MOSFET SiC yo piti piti itilize tou nan otomobil, depo enèji, pil chaje, fotovoltaik ak lòt domèn; Nan domèn aplikasyon otomobil yo, tandans modilarizasyon an ap vin pi plis enpòtan, pèfòmans siperyè SiC a bezwen konte sou pwosesis anbalaj avanse pou reyalize, teknikman ak sele koki relativman matirite kòm prensipal la, lavni an oswa nan devlopman sele plastik, karakteristik devlopman Customized li yo pi apwopriye pou modil SiC.
Vitès diminisyon pri carbure Silisyòm oswa pi lwen pase imajinasyon an
Aplikasyon aparèy Silisyòm kabid yo limite sitou pa pri ki wo a. Pri SiC MOSFET ki anba menm nivo a se 4 fwa pi wo pase pri IGBT ki baze sou Si. Sa a se paske pwosesis Silisyòm kabid la konplèks, kote kwasans monokristal ak epitaksi a pa sèlman di sou anviwònman an, men tou, vitès kwasans lan ralanti, epi pwosesis monokristal la nan substra a dwe pase nan pwosesis koupe ak polisaj. Baze sou karakteristik materyèl pwòp li yo ak teknoloji pwosesis ki pa devlope, sede substra domestik la mwens pase 50%, ak divès faktè ki mennen nan pri substra ak epitaksi ki wo.
Sepandan, konpozisyon pri aparèy Silisyòm kabid ak aparèy ki baze sou Silisyòm yo dyametralman opoze, pri substrat ak epitaksi kanal devan an reprezante respektivman 47% ak 23% nan tout aparèy la, pou yon total apeprè 70%, konsepsyon aparèy, fabrikasyon ak sele lyen kanal dèyè a reprezante sèlman 30%, pri pwodiksyon aparèy ki baze sou Silisyòm yo konsantre sitou nan fabrikasyon waf kanal dèyè a apeprè 50%, epi pri substrat la reprezante sèlman 7%. Fenomèn valè chèn endistri Silisyòm kabid tèt anba a vle di ke manifaktirè epitaksi substrat an amon yo gen dwa pou yo pale, ki se kle nan layout antrepriz domestik ak etranje yo.
Sou yon pwen de vi dinamik sou mache a, diminye pri Silisyòm kabid la, anplis amelyore pwosesis koupe ak kristal long Silisyòm kabid la, se ogmante gwosè wafer la, ki se tou chemen ki pi matirite pou devlopman semi-kondiktè nan tan lontan. Done Wolfspeed yo montre ke lè yo amelyore substrat Silisyòm kabid la soti nan 6 pous pou rive nan 8 pous, pwodiksyon chip kalifye a ka ogmante pa 80%-90%, epi ede amelyore sede a. Li ka diminye pri inite konbine a pa 50%.
Yo rele 2023 "premye ane SiC 8 pous la". Ane sa a, manifaktirè domestik ak etranje carbure Silisyòm yo ap akselere pwosesis pwodiksyon carbure Silisyòm 8 pous la. Wolfspeed te fè yon envestisman fou ki te rive 14.55 milya dola ameriken pou elaji pwodiksyon carbure Silisyòm. Yon pati enpòtan ladan l se konstriksyon yon izin fabrikasyon substrat SiC 8 pous. Pou asire yon kantite konpayi gen yon rezèv metal SiC 200 mm nan lavni. Tianyue Advanced ak Tianke Heda te siyen tou akò alontèm ak Infineon pou bay substrat carbure Silisyòm 8 pous nan lavni.
Apati ane sa a, carbure Silisyòm pral akselere soti nan 6 pous pou rive nan 8 pous. Wolfspeed prevwa ke nan lane 2024, pri inite chip substrat 8 pous la, konpare ak pri inite chip substrat 6 pous an 2022, pral diminye plis pase 60%, epi diminisyon pri a pral louvri mache aplikasyon an plis toujou, dapre done rechèch Ji Bond Consulting yo. Pataje mache pwodwi 8 pous yo kounye a se mwens pase 2%, epi yo prevwa patisipasyon mache a ap grandi rive nan anviwon 15% nan lane 2026.
Anfèt, to bès nan pri substrati Silisyòm kabid la ka depase imajinasyon anpil moun. Kounye a, òf mache 6 pous la se 4000-5000 Yuan/moso. Konpare ak kòmansman ane a, pri a te bese anpil e li espere tonbe anba 4000 Yuan ane pwochèn. Li enpòtan pou note ke kèk manifaktirè, pou yo ka antre sou mache a an premye, yo te redwi pri lavant lan pou rive nan liy pri ki anba a. Yo te louvri modèl lagè pri a, sitou konsantre sou rezèv substrati Silisyòm kabid la, ki te relativman sifizan nan domèn ba-vòltaj la. Manifaktirè domestik ak etranje yo ap agrandi kapasite pwodiksyon an yon fason agresiv, oubyen yo kite sèn sipli substrati Silisyòm kabid la rive pi bonè pase yo te imajine.
Dat piblikasyon: 19 janvye 2024