La primera generació de materials semiconductors està representada pel silici (Si) i el germani (Ge) tradicionals, que són la base de la fabricació de circuits integrats. S'utilitzen àmpliament en transistors i detectors de baixa tensió, baixa freqüència i baixa potència. Més del 90% dels productes semiconductors estan fets de materials basats en silici;
Els materials semiconductors de segona generació estan representats per l'arseniur de gal·li (GaAs), el fosfur d'indi (InP) i el fosfur de gal·li (GaP). En comparació amb els dispositius basats en silici, tenen propietats optoelectròniques d'alta freqüència i alta velocitat i s'utilitzen àmpliament en els camps de l'optoelectrònica i la microelectrònica.
La tercera generació de materials semiconductors està representada per materials emergents com el carbur de silici (SiC), el nitrur de gal·li (GaN), l'òxid de zinc (ZnO), el diamant (C) i el nitrur d'alumini (AlN).
carbur de siliciés un material bàsic important per al desenvolupament de la indústria dels semiconductors de tercera generació. Els dispositius de potència de carbur de silici poden satisfer eficaçment els requisits d'alta eficiència, miniaturització i lleugeresa dels sistemes electrònics de potència amb la seva excel·lent resistència a alta tensió, alta resistència a la temperatura, baixa pèrdua i altres propietats.
A causa de les seves propietats físiques superiors: alta banda prohibida (corresponent a un camp elèctric de ruptura elevat i una alta densitat de potència), alta conductivitat elèctrica i alta conductivitat tèrmica, s'espera que esdevingui el material bàsic més utilitzat per a la fabricació de xips semiconductors en el futur. Especialment en els camps dels vehicles de nova energia, la generació d'energia fotovoltaica, el trànsit ferroviari, les xarxes intel·ligents i altres camps, té avantatges evidents.
El procés de producció de SiC es divideix en tres etapes principals: creixement de monocristalls de SiC, creixement de capes epitaxials i fabricació de dispositius, que corresponen als quatre enllaços principals de la cadena industrial:substrat, epitàxia, dispositius i mòduls.
El mètode principal de fabricació de substrats utilitza primer el mètode de sublimació física de vapor per sublimar la pols en un ambient de buit d'alta temperatura i fer créixer cristalls de carbur de silici a la superfície del cristall de sembra mitjançant el control d'un camp de temperatura. Utilitzant una oblia de carbur de silici com a substrat, la deposició química de vapor s'utilitza per dipositar una capa de monocristall sobre l'oblia per formar una oblia epitaxial. Entre ells, el creixement d'una capa epitaxial de carbur de silici sobre un substrat conductor de carbur de silici es pot convertir en dispositius d'alimentació, que s'utilitzen principalment en vehicles elèctrics, fotovoltaica i altres camps; el creixement d'una capa epitaxial de nitrur de gal·li sobre un semiaïllantsubstrat de carbur de silicies pot convertir en dispositius de radiofreqüència, utilitzats en comunicacions 5G i altres camps.
De moment, els substrats de carbur de silici tenen les barreres tècniques més altes de la cadena de la indústria del carbur de silici, i els substrats de carbur de silici són els més difícils de produir.
El coll d'ampolla de producció de SiC no s'ha resolt completament, i la qualitat dels pilars de cristall de matèria primera és inestable i hi ha un problema de rendiment, cosa que comporta un cost elevat dels dispositius de SiC. Només es triga una mitjana de 3 dies perquè el material de silici es converteixi en una vareta de cristall, però una vareta de cristall de carbur de silici triga una setmana. Una vareta de cristall de silici general pot créixer 200 cm de llarg, però una vareta de cristall de carbur de silici només pot créixer 2 cm de llarg. A més, el SiC en si és un material dur i fràgil, i les oblies fetes amb ell són propenses a esquerdar-se a les vores quan s'utilitza el tall mecànic tradicional de les oblies, cosa que afecta el rendiment i la fiabilitat del producte. Els substrats de SiC són molt diferents dels lingots de silici tradicionals, i tot, des dels equips, els processos, el processament fins al tall, s'ha de desenvolupar per gestionar el carbur de silici.
La cadena industrial del carbur de silici es divideix principalment en quatre enllaços principals: substrat, epitaxia, dispositius i aplicacions. Els materials de substrat són la base de la cadena industrial, els materials epitaxials són la clau per a la fabricació de dispositius, els dispositius són el nucli de la cadena industrial i les aplicacions són la força motriu del desenvolupament industrial. La indústria aigües amunt utilitza matèries primeres per fabricar materials de substrat mitjançant mètodes de sublimació física de vapor i altres mètodes, i després utilitza mètodes de deposició química de vapor i altres mètodes per fer créixer materials epitaxials. La indústria mitjana utilitza materials aigües amunt per fabricar dispositius de radiofreqüència, dispositius d'alimentació i altres dispositius, que finalment s'utilitzen en comunicacions 5G aigües avall, vehicles elèctrics, trànsit ferroviari, etc. Entre ells, el substrat i l'epitaxia representen el 60% del cost de la cadena industrial i són el valor principal de la cadena industrial.
Substrat de SiC: Els cristalls de SiC se solen fabricar amb el mètode Lely. Els productes convencionals internacionals estan passant de 4 polzades a 6 polzades, i s'han desenvolupat productes de substrat conductor de 8 polzades. Els substrats nacionals són principalment de 4 polzades. Com que les línies de producció de oblies de silici de 6 polzades existents es poden actualitzar i transformar per produir dispositius de SiC, l'alta quota de mercat dels substrats de SiC de 6 polzades es mantindrà durant molt de temps.
El procés del substrat de carbur de silici és complex i difícil de produir. El substrat de carbur de silici és un material monocristallin semiconductor compost format per dos elements: carboni i silici. Actualment, la indústria utilitza principalment pols de carboni d'alta puresa i pols de silici d'alta puresa com a matèries primeres per sintetitzar pols de carbur de silici. Sota un camp de temperatura especial, el mètode de transmissió física de vapor madur (mètode PVT) s'utilitza per fer créixer carbur de silici de diferents mides en un forn de creixement de cristalls. El lingot de cristall finalment es processa, talla, mòlt, poleix, neteja i altres processos múltiples per produir un substrat de carbur de silici.
Data de publicació: 22 de maig de 2024