Sabit performansa malik yüksək keyfiyyətli silikon karbid lövhələrinin kütləvi istehsalında texniki çətinliklərə aşağıdakılar daxildir:
1) Kristalların 2000°C-dən yuxarı yüksək temperaturlu, qapalı mühitdə böyüməsi lazım olduğundan, temperatur nəzarəti tələbləri olduqca yüksəkdir;
2) Silisium karbidində 200-dən çox kristal quruluş olduğundan, lakin tək kristal silisium karbidindən yalnız bir neçə quruluş tələb olunan yarımkeçirici material olduğundan, silisium-karbon nisbəti, böyümə temperaturu qradiyenti və kristal böyüməsi kristal böyüməsi prosesində dəqiq şəkildə idarə olunmalıdır. Sürət və hava axını təzyiqi kimi parametrlər;
3) Buxar fazası ötürmə metodu altında, silikon karbid kristal böyüməsinin diametr genişləndirmə texnologiyası olduqca çətindir;
4) Silikon karbidin sərtliyi almazın sərtliyinə yaxındır və kəsmə, üyütmə və cilalama texnikaları çətindir.
SiC epitaksial lövhələr: adətən kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) üsulu ilə istehsal olunur. Müxtəlif dopinq növlərinə görə, onlar n-tipli və p-tipli epitaksial lövhələrə bölünür. Yerli Hantian Tiancheng və Dongguan Tianyu artıq 4 düymlük/6 düymlük SiC epitaksial lövhələr təmin edə bilər. SiC epitaksi üçün yüksək gərginlikli sahədə nəzarət etmək çətindir və SiC epitaksisinin keyfiyyəti SiC cihazlarına daha çox təsir göstərir. Bundan əlavə, epitaksial avadanlıq sənayedəki dörd aparıcı şirkət: Axitron, LPE, TEL və Nuflare tərəfindən inhisara alınıb.
Silisium karbid epitaksialPlitələr, müəyyən tələblərə cavab verən və substrat kristalı ilə eyni olan tək kristal təbəqənin (epitaksial təbəqə) orijinal silikon karbid substratı üzərində yetişdirildiyi silikon karbid plitəsidir. Epitaksial böyümə əsasən CVD (Kimyəvi Buxar Çöküntüsü) avadanlığı və ya MBE (Molekulyar Şüa Epitaksisi) avadanlığından istifadə edir. Silikon karbid cihazları birbaşa epitaksial təbəqədə istehsal olunduğundan, epitaksial təbəqənin keyfiyyəti cihazın işinə və məhsuldarlığına birbaşa təsir göstərir. Cihazın gərginliyə davamlılıq göstəricisi artmağa davam etdikcə, müvafiq epitaksial təbəqənin qalınlığı daha qalınlaşır və idarəetmə daha da çətinləşir. Ümumiyyətlə, gərginlik 600V ətrafında olduqda, tələb olunan epitaksial təbəqə qalınlığı təxminən 6 mikrondur; gərginlik 1200-1700V arasında olduqda, tələb olunan epitaksial təbəqə qalınlığı 10-15 mikrona çatır. Gərginlik 10.000 voltdan çox olarsa, 100 mikrondan çox epitaksial təbəqə qalınlığı tələb oluna bilər. Epitaksial təbəqənin qalınlığı artmağa davam etdikcə, qalınlığın və müqavimətin vahidliyini, eləcə də qüsur sıxlığını idarə etmək getdikcə çətinləşir.
SiC cihazları: Beynəlxalq səviyyədə 600~1700V SiC SBD və MOSFET sənayeləşmişdir. Əsas məhsullar 1200V-dan aşağı gərginlik səviyyələrində işləyir və əsasən TO qablaşdırmasını qəbul edir. Qiymət baxımından beynəlxalq bazarda SiC məhsullarının qiyməti Si analoqlarından təxminən 5-6 dəfə yüksəkdir. Lakin qiymətlər illik 10% azalır. Növbəti 2-3 ildə yuxarı axın materiallarının və cihaz istehsalının genişlənməsi ilə bazar təklifi artacaq və bu da qiymətlərin daha da aşağı düşməsinə səbəb olacaq. Qiymətin Si məhsullarının qiymətindən 2-3 dəfə yüksək olduğu zaman, azalmış sistem xərcləri və təkmilləşdirilmiş performansın gətirdiyi üstünlüklərin SiC-ni tədricən Si cihazlarının bazar yerini tutmağa sövq edəcəyi gözlənilir.
Ənənəvi qablaşdırma silikon əsaslı substratlara əsaslanır, üçüncü nəsil yarımkeçirici materiallar isə tamamilə yeni dizayn tələb edir. Geniş zolaqlı güc cihazları üçün ənənəvi silikon əsaslı qablaşdırma strukturlarından istifadə tezlik, istilik idarəetməsi və etibarlılıqla bağlı yeni problemlər və çətinliklər yarada bilər. SiC güc cihazları parazit tutumuna və induktivliyə daha həssasdır. Si cihazları ilə müqayisədə SiC güc çipləri daha sürətli keçid sürətinə malikdir ki, bu da həddindən artıq sıçrayışa, salınımlara, keçid itkilərinin artmasına və hətta cihazın nasazlığına səbəb ola bilər. Bundan əlavə, SiC güc cihazları daha yüksək temperaturda işləyir və bu da daha inkişaf etmiş istilik idarəetmə üsullarını tələb edir.
Genişzolaqlı yarımkeçirici güc qablaşdırması sahəsində müxtəlif strukturlar hazırlanmışdır. Ənənəvi Si əsaslı güc modulu qablaşdırması artıq uyğun deyil. Ənənəvi Si əsaslı güc modulu qablaşdırmasının yüksək parazit parametrləri və zəif istilik yayma səmərəliliyi problemlərini həll etmək üçün SiC güc modulu qablaşdırması öz strukturunda simsiz bağlantı və iki tərəfli soyutma texnologiyasını, həmçinin daha yaxşı istilik keçiriciliyinə malik substrat materiallarını qəbul edir və ayırıcı kondensatorları, temperatur/cərəyan sensorlarını və sürücü dövrələrini modul strukturuna inteqrasiya etməyə çalışmış və müxtəlif modul qablaşdırma texnologiyaları inkişaf etdirmişdir. Bundan əlavə, SiC cihazlarının istehsalında yüksək texniki maneələr mövcuddur və istehsal xərcləri yüksəkdir.
Silisium karbid cihazları, CVD vasitəsilə silisium karbid substratına epitaksial təbəqələr çökdürməklə istehsal olunur. Proses təmizləmə, oksidləşmə, fotolitoqrafiya, aşındırma, fotorezistin soyulması, ion implantasiyası, silisium nitridin kimyəvi buxar çökdürülməsi, cilalama, püskürtmə və SiC tək kristal substratında cihaz strukturunun formalaşdırılması üçün sonrakı emal addımlarını əhatə edir. SiC güc cihazlarının əsas növlərinə SiC diodları, SiC tranzistorları və SiC güc modulları daxildir. Aşağı axın material istehsal sürəti və aşağı məhsuldarlıq nisbətləri kimi amillərə görə silisium karbid cihazlarının istehsal xərcləri nisbətən yüksəkdir.
Bundan əlavə, silikon karbid cihazının istehsalında müəyyən texniki çətinliklər var:
1) Silikon karbid materiallarının xüsusiyyətlərinə uyğun olan spesifik bir proses inkişaf etdirmək lazımdır. Məsələn: SiC yüksək ərimə nöqtəsinə malikdir ki, bu da ənənəvi istilik diffuziyasını təsirsiz edir. İon implantasiya dopinq metodundan istifadə etmək və temperatur, qızdırma sürəti, müddət və qaz axını kimi parametrləri dəqiq idarə etmək lazımdır; SiC kimyəvi həlledicilərə qarşı inertdir. Quru aşındırma kimi üsullardan istifadə edilməli və maska materialları, qaz qarışıqları, yan divar yamacının idarə olunması, aşınma sürəti, yan divarın pürüzlülüyü və s. optimallaşdırılmalı və inkişaf etdirilməlidir;
2) Silisium karbid lövhələri üzərində metal elektrodların istehsalı 10-5Ω2-dən aşağı təmas müqaviməti tələb edir. Tələblərə cavab verən elektrod materialları, Ni və Al, 100°C-dən yuxarı temperaturda zəif istilik stabilliyinə malikdir, lakin Al/Ni daha yaxşı istilik stabilliyinə malikdir. /W/Au kompozit elektrod materialının təmas xüsusi müqaviməti 10-3Ω2 daha yüksəkdir;
3) SiC yüksək kəsmə aşınmasına malikdir və SiC-nin sərtliyi yalnız almazdan sonra ikinci yerdədir, bu da kəsmə, üyütmə, cilalama və digər texnologiyalar üçün daha yüksək tələblər irəli sürür.
Bundan əlavə, xəndək silikon karbid güc cihazlarının istehsalı daha çətindir. Müxtəlif cihaz strukturlarına görə, silikon karbid güc cihazları əsasən planar cihazlara və xəndək cihazlarına bölünə bilər. Planar silikon karbid güc cihazları yaxşı vahid tutumuna və sadə istehsal prosesinə malikdir, lakin JFET effektinə meyllidir və yüksək parazit tutumuna və on-state müqavimətinə malikdir. Planar cihazlarla müqayisədə xəndək silikon karbid güc cihazları daha aşağı vahid tutumuna malikdir və daha mürəkkəb istehsal prosesinə malikdir. Bununla belə, xəndək strukturu cihaz vahid sıxlığının artmasına kömək edir və kanal hərəkətliliyi probleminin həllində faydalı olan JFET effekti yaratma ehtimalı azdır. Kiçik on-müqavimət, kiçik parazit tutumu və aşağı kommutasiya enerji istehlakı kimi əla xüsusiyyətlərə malikdir. Əhəmiyyətli xərc və performans üstünlüklərinə malikdir və silikon karbid güc cihazlarının inkişafının əsas istiqamətinə çevrilmişdir. Rohm rəsmi veb saytına görə, ROHM Gen3 strukturu (Gen1 Trench strukturu) Gen2 (Plannar2) çip sahəsinin yalnız 75%-ni təşkil edir və eyni çip ölçüsü altında ROHM Gen3 strukturunun müqaviməti 50% azalır.
Silikon karbid substratı, epitaksiya, ön hissə, tədqiqat və inkişaf xərcləri və digər xərclər müvafiq olaraq silikon karbid cihazlarının istehsal dəyərinin 47%-ni, 23%-ni, 19%-ni, 6%-ni və 5%-ni təşkil edir.
Nəhayət, silikon karbid sənayesi zəncirindəki substratların texniki maneələrini aradan qaldırmağa diqqət yetirəcəyik.
Silikon karbid substratlarının istehsal prosesi silikon əsaslı substratlara bənzəyir, lakin daha çətindir.
Silikon karbid substratının istehsal prosesi ümumiyyətlə xammal sintezi, kristal böyüməsi, külçə emalı, külçə kəsmə, lövhə üyütmə, cilalama, təmizləmə və digər əlaqələri əhatə edir.
Kristal böyümə mərhələsi bütün prosesin əsasını təşkil edir və bu mərhələ silikon karbid substratının elektrik xüsusiyyətlərini müəyyən edir.
Silikon karbid materiallarının normal şəraitdə maye fazada yetişdirilməsi çətindir. Bu gün bazarda populyar olan buxar fazası böyümə metodunun böyümə temperaturu 2300°C-dən yuxarıdır və böyümə temperaturuna dəqiq nəzarət tələb edir. Bütün əməliyyat prosesini müşahidə etmək demək olar ki, çətindir. Kiçik bir səhv məhsulun tullantılara atılmasına səbəb olacaq. Müqayisə üçün, silikon materialları yalnız 1600℃ tələb edir ki, bu da daha aşağıdır. Silikon karbid substratlarının hazırlanması da yavaş kristal böyüməsi və yüksək kristal forması tələbləri kimi çətinliklərlə üzləşir. Silikon karbid lövhəsinin böyüməsi təxminən 7-10 gün, silikon çubuq çəkilməsi isə cəmi 2 yarım gün çəkir. Bundan əlavə, silikon karbid sərtliyi yalnız almazdan sonra ikinci yerdə olan bir materialdır. Kəsmə, üyütmə və cilalama zamanı çox şey itirəcək və çıxış nisbəti yalnız 60% -dir.
Bilirik ki, silikon karbid substratlarının ölçüsünün artırılması tendensiyası müşahidə olunur, ölçü artdıqca diametr genişləndirmə texnologiyasına tələblər getdikcə artır. Kristalların təkrarlanan böyüməsinə nail olmaq üçün müxtəlif texniki idarəetmə elementlərinin kombinasiyası tələb olunur.
Yayımlanma vaxtı: 22 may 2024