Първото поколение полупроводникови материали е представено от традиционните силиций (Si) и германий (Ge), които са основата за производството на интегрални схеми. Те се използват широко в нисковолтови, нискочестотни и нискоенергийни транзистори и детектори. Повече от 90% от полупроводниковите продукти са изработени от материали на силициева основа;
Полупроводниковите материали от второ поколение са представени от галиев арсенид (GaAs), индиев фосфид (InP) и галиев фосфид (GaP). В сравнение със силициевите устройства, те притежават високочестотни и високоскоростни оптоелектронни свойства и се използват широко в областта на оптоелектрониката и микроелектрониката.
Третото поколение полупроводникови материали е представено от нововъзникващи материали като силициев карбид (SiC), галиев нитрид (GaN), цинков оксид (ZnO), диамант (C) и алуминиев нитрид (AlN).
Силициев карбиде важен основен материал за развитието на полупроводниковата индустрия от трето поколение. Силициево-карбидните захранващи устройства могат ефективно да отговорят на изискванията за висока ефективност, миниатюризация и леко тегло на силовите електронни системи, благодарение на отличната си устойчивост на високо напрежение, устойчивост на висока температура, ниски загуби и други свойства.
Поради превъзходните си физически свойства: висока ширина на забранената зона (съответстваща на високо пробивно електрическо поле и висока плътност на мощността), висока електрическа проводимост и висока топлопроводимост, се очаква той да се превърне в най-широко използвания основен материал за производство на полупроводникови чипове в бъдеще. Особено в областите на превозните средства с нова енергия, фотоволтаичното производство на енергия, железопътния транспорт, интелигентните мрежи и други области, той има очевидни предимства.
Процесът на производство на SiC е разделен на три основни стъпки: растеж на монокристали SiC, растеж на епитаксиален слой и производство на устройства, които съответстват на четирите основни звена от индустриалната верига:субстрат, епитаксия, устройства и модули.
Основният метод за производство на субстрати първо използва метода на физическа сублимация на пари, за да сублимира праха във високотемпературна вакуумна среда и да отгледа кристали силициев карбид върху повърхността на зародишния кристал чрез контрол на температурно поле. Използвайки силициево-карбидна пластина като субстрат, се използва химическо отлагане на пари, за да се отложи слой от монокристал върху пластината, за да се образува епитаксиална пластина. Сред тях, отглеждането на епитаксиален слой от силициев карбид върху проводим силициево-карбиден субстрат може да се използва в енергийни устройства, които се използват главно в електрически превозни средства, фотоволтаици и други области; отглеждане на епитаксиален слой от галиев нитрид върху полуизолационен...силициево-карбидна основамогат да бъдат допълнително преработени в радиочестотни устройства, използвани в 5G комуникациите и други области.
Засега силициево-карбидните субстрати имат най-високите технически бариери във веригата на силициево-карбидната индустрия, а силициево-карбидните субстрати са най-трудни за производство.
Проблемът с производството на SiC не е напълно решен, а качеството на суровината за кристални стълбове е нестабилно и има проблем с добива, което води до висока цена на SiC устройствата. Средно са необходими само 3 дни, за да се превърне силициевият материал в кристална пръчка, докато за кристална пръчка от силициев карбид е нужна седмица. Обикновената силициева кристална пръчка може да достигне дължина от 200 см, докато кристалната пръчка от силициев карбид може да достигне само 2 см. Освен това, самият SiC е твърд и крехък материал, а пластините, изработени от него, са склонни към отчупване на ръбовете при използване на традиционно механично рязане на пластини, което влияе върху добива и надеждността на продукта. SiC подложките са много различни от традиционните силициеви блокове и всичко - от оборудване, процеси, обработка до рязане - трябва да бъде разработено, за да се работи със силициев карбид.
Веригата на индустрията за силициев карбид е разделена основно на четири основни звена: субстрат, епитаксиален материал, устройства и приложения. Субстратните материали са основата на индустриалната верига, епитаксиалните материали са ключът към производството на устройства, устройствата са ядрото на индустриалната верига, а приложенията са движещата сила за индустриалното развитие. В производството на суровини се използват суровини за производство на субстратни материали чрез методи на физическа сублимация на пари и други методи, а след това се използват методи за химическо отлагане на пари и други методи за отглеждане на епитаксиални материали. В производството на средни продукти се използват суровини за производство на радиочестотни устройства, захранващи устройства и други устройства, които в крайна сметка се използват в 5G комуникациите надолу по веригата, електрически превозни средства, железопътен транспорт и др. Сред тях субстратът и епитаксията представляват 60% от разходите на индустриалната верига и са основната стойност на индустриалната верига.
SiC субстрат: SiC кристалите обикновено се произвеждат по метода Lely. Международните масови продукти преминават от 4 инча на 6 инча, а разработени са и 8-инчови проводими субстрати. Местните субстрати са предимно 4 инча. Тъй като съществуващите производствени линии за 6-инчови силициеви пластини могат да бъдат модернизирани и трансформирани за производство на SiC устройства, високият пазарен дял на 6-инчовите SiC субстрати ще се запази за дълго време.
Процесът на производство на силициево-карбиден субстрат е сложен и труден за производство. Силициево-карбидният субстрат е сложен полупроводников монокристален материал, съставен от два елемента: въглерод и силиций. В момента индустрията използва главно високочист въглероден прах и високочист силициев прах като суровини за синтезиране на силициев карбид. Под специално температурно поле, методът на зряло физическо предаване на пари (PVT метод) се използва за отглеждане на силициев карбид с различни размери в пещ за растеж на кристали. Кристалният слитък накрая се обработва, нарязва, шлифова, полира, почиства и се извършват множество други процеси за получаване на силициево-карбиден субстрат.
Време на публикуване: 22 май 2024 г.