Unsa ang mga teknikal nga babag sa silicon carbide? II

Ang mga teknikal nga kalisud sa lig-on nga paghimo og daghang kalidad nga silicon carbide wafers nga adunay lig-on nga performance naglakip sa:

1) Tungod kay ang mga kristal kinahanglan nga motubo sa usa ka selyado nga palibot nga taas ang temperatura nga labaw sa 2000°C, ang mga kinahanglanon sa pagkontrol sa temperatura taas kaayo;
2) Tungod kay ang silicon carbide adunay sobra sa 200 ka istruktura sa kristal, apan pipila ra ka istruktura sa single-crystal silicon carbide ang gikinahanglan nga mga materyales sa semiconductor, ang silicon-to-carbon ratio, growth temperature gradient, ug crystal growth kinahanglan nga tukma nga makontrol atol sa proseso sa pagtubo sa kristal. Ang mga parametro sama sa katulin ug presyur sa pag-agos sa hangin;
3) Ubos sa pamaagi sa transmission sa vapor phase, ang teknolohiya sa pagpalapad sa diametro sa pagtubo sa silicon carbide crystal lisud kaayo;
4) Ang katig-a sa silicon carbide hapit sa diamante, ug ang mga teknik sa pagputol, paggaling, ug pagpasinaw lisod.

Mga SiC epitaxial wafer: kasagaran gihimo pinaagi sa pamaagi sa chemical vapor deposition (CVD). Sumala sa lainlaing mga tipo sa doping, kini gibahin sa n-type ug p-type epitaxial wafer. Ang Domestic Hantian Tiancheng ug Dongguan Tianyu makahatag na og 4-pulgada/6-pulgada nga SiC epitaxial wafer. Para sa SiC epitaxy, lisod kini kontrolon sa high-voltage field, ug ang kalidad sa SiC epitaxy adunay mas dakong epekto sa mga SiC device. Dugang pa, ang mga epitaxial equipment gimonopoliya sa upat ka nanguna nga kompanya sa industriya: Axitron, LPE, TEL ug Nuflare.

Epitaxial nga silikon nga karbidaAng wafer nagtumong sa usa ka silicon carbide wafer diin ang usa ka crystal film (epitaxial layer) nga adunay piho nga mga kinahanglanon ug parehas sa substrate crystal gipatubo sa orihinal nga silicon carbide substrate. Ang epitaxial growth kasagaran naggamit sa CVD (Chemical Vapor Deposition, ) nga kagamitan o MBE (Molecular Beam Epitaxy) nga kagamitan. Tungod kay ang mga silicon carbide device gihimo direkta sa epitaxial layer, ang kalidad sa epitaxial layer direktang makaapekto sa performance ug yield sa device. Samtang ang voltage resistant performance sa device padayon nga motaas, ang gibag-on sa katugbang nga epitaxial layer mobaga ug ang pagkontrol mahimong mas lisud. Kasagaran, kung ang boltahe naa sa palibot sa 600V, ang gikinahanglan nga gibag-on sa epitaxial layer mga 6 microns; kung ang boltahe naa sa taliwala sa 1200-1700V, ang gikinahanglan nga gibag-on sa epitaxial layer moabot sa 10-15 microns. Kung ang boltahe moabot sa labaw sa 10,000 volts, ang gibag-on sa epitaxial layer nga labaw sa 100 microns mahimong gikinahanglan. Samtang padayon nga nagkataas ang gibag-on sa epitaxial layer, nagkalisod ang pagkontrol sa gibag-on ug pagkaparehas sa resistivity ug densidad sa depekto.

Mga SiC device: Sa tibuok kalibutan, ang 600~1700V nga SiC SBD ug MOSFET na-industriyalisa na. Ang mga mainstream nga produkto naglihok sa lebel sa boltahe nga ubos sa 1200V ug nag-una nga nagsagop sa TO packaging. Sa termino sa presyo, ang mga produkto sa SiC sa internasyonal nga merkado gipresyohan og mga 5-6 ka pilo nga mas taas kaysa sa ilang mga katugbang nga Si. Bisan pa, ang mga presyo mikunhod sa tinuig nga rate nga 10%. Uban sa pagpalapad sa mga materyales sa upstream ug produksiyon sa device sa sunod nga 2-3 ka tuig, ang suplay sa merkado motaas, nga mosangpot sa dugang nga pagkunhod sa presyo. Gilauman nga kung ang presyo moabot sa 2-3 ka pilo kaysa sa mga produkto sa Si, ang mga bentaha nga dala sa pagkunhod sa gasto sa sistema ug gipauswag nga performance anam-anam nga magduso sa SiC nga okupar ang wanang sa merkado sa mga Si device.
Ang tradisyonal nga packaging gibase sa silicon-based substrates, samtang ang third-generation semiconductor materials nanginahanglan og bag-ong disenyo. Ang paggamit sa tradisyonal nga silicon-based packaging structures para sa wide-bandgap power devices mahimong makahatag og bag-ong mga isyu ug hagit nga may kalabotan sa frequency, thermal management, ug reliability. Ang SiC power devices mas sensitibo sa parasitic capacitance ug inductance. Kon itandi sa Si devices, ang SiC power chips adunay mas paspas nga switching speeds, nga mahimong mosangpot sa overshoot, oscillation, dugang nga switching losses, ug bisan sa mga malfunction sa device. Dugang pa, ang SiC power devices mo-operate sa mas taas nga temperatura, nga nanginahanglan og mas abante nga thermal management techniques.

Nagkalain-laing mga istruktura ang naugmad sa natad sa wide-bandgap semiconductor power packaging. Ang tradisyonal nga Si-based power module packaging dili na angay. Aron masulbad ang mga problema sa taas nga parasitic parameters ug dili maayo nga heat dissipation efficiency sa tradisyonal nga Si-based power module packaging, ang SiC power module packaging naggamit og wireless interconnection ug double-side cooling technology sa istruktura niini, ug naggamit usab og substrate materials nga adunay mas maayong thermal conductivity, ug naningkamot nga i-integrate ang decoupling capacitors, temperature/current sensors, ug drive circuits sa istruktura sa module, ug nagpalambo og lain-laing mga teknolohiya sa module packaging. Dugang pa, adunay taas nga teknikal nga mga babag sa paggama sa SiC device ug taas ang gasto sa produksiyon.

Ang mga silicon carbide device gihimo pinaagi sa pagdeposito sa mga epitaxial layer sa usa ka silicon carbide substrate pinaagi sa CVD. Ang proseso naglakip sa paglimpyo, oksihenasyon, photolithography, etching, pagtangtang sa photoresist, ion implantation, chemical vapor deposition sa silicon nitride, polishing, sputtering, ug sunod nga mga lakang sa pagproseso aron maporma ang istruktura sa device sa SiC single crystal substrate. Ang mga nag-unang klase sa SiC power device naglakip sa SiC diodes, SiC transistors, ug SiC power modules. Tungod sa mga hinungdan sama sa hinay nga upstream material production speed ug ubos nga yield rates, ang mga silicon carbide device adunay medyo taas nga gasto sa paggama.

Dugang pa, ang paggama sa silicon carbide device adunay pipila ka teknikal nga kalisud:

1) Kinahanglan nga maghimo og espesipikong proseso nga nahiuyon sa mga kinaiya sa mga materyales nga silicon carbide. Pananglitan: Ang SiC adunay taas nga melting point, nga naghimo sa tradisyonal nga thermal diffusion nga dili epektibo. Kinahanglan nga gamiton ang pamaagi sa ion implantation doping ug tukma nga makontrol ang mga parameter sama sa temperatura, heating rate, gidugayon, ug pag-agos sa gas; Ang SiC dili inert sa mga kemikal nga solvent. Ang mga pamaagi sama sa dry etching kinahanglan gamiton, ug ang mga materyales sa maskara, mga sagol nga gas, pagkontrol sa sidewall slope, etching rate, sidewall roughness, ug uban pa kinahanglan nga ma-optimize ug mapalambo;
2) Ang paggama og metal electrodes sa silicon carbide wafers nagkinahanglan og contact resistance nga ubos sa 10-5Ω2. Ang mga materyales sa electrode nga nakab-ot ang mga kinahanglanon, ang Ni ug Al, adunay ubos nga thermal stability nga labaw sa 100°C, apan ang Al/Ni adunay mas maayo nga thermal stability. Ang contact specific resistance sa /W/Au composite electrode material mas taas og 10-3Ω2;
3) Ang SiC adunay taas nga cutting wear, ug ang katig-a sa SiC ikaduha lamang sa diamante, nga nagbutang sa mas taas nga mga kinahanglanon alang sa pagputol, paggaling, pagpasinaw ug uban pang mga teknolohiya.

Dugang pa, ang mga trench silicon carbide power device mas lisod himoon. Base sa lain-laing istruktura sa device, ang mga silicon carbide power device mahimong bahinon sa planar devices ug trench devices. Ang mga planar silicon carbide power device adunay maayong unit consistency ug simple nga proseso sa paggama, apan dali ra maapektuhan sa JFET effect ug adunay taas nga parasitic capacitance ug on-state resistance. Kon itandi sa mga planar device, ang mga trench silicon carbide power device adunay mas ubos nga unit consistency ug adunay mas komplikado nga proseso sa paggama. Bisan pa, ang trench structure makatabang sa pagdugang sa device unit density ug dili kaayo makahimo sa JFET effect, nga mapuslanon sa pagsulbad sa problema sa channel mobility. Kini adunay maayo kaayong mga kabtangan sama sa gamay nga on-resistance, gamay nga parasitic capacitance, ug ubos nga switching energy consumption. Kini adunay dakong bentaha sa gasto ug performance ug nahimong mainstream nga direksyon sa pagpalambo sa mga silicon carbide power devices. Sumala sa opisyal nga website sa Rohm, ang ROHM Gen3 structure (Gen1 Trench structure) 75% lang sa Gen2 (Plannar2) chip area, ug ang on-resistance sa ROHM Gen3 structure mikunhod og 50% ubos sa parehas nga gidak-on sa chip.

Ang silicon carbide substrate, epitaxy, front-end, mga gasto sa R&D ug uban pa nagkantidad og 47%, 23%, 19%, 6% ug 5% sa gasto sa paggama sa mga silicon carbide device matag usa.

Sa katapusan, atong tukion ang pagbungkag sa mga teknikal nga babag sa mga substrate sa kadena sa industriya sa silicon carbide.

Ang proseso sa produksiyon sa silicon carbide substrates susama sa silicon-based substrates, apan mas lisod.
Ang proseso sa paggama sa silicon carbide substrate sa kinatibuk-an naglakip sa hilaw nga materyal nga sintesis, pagtubo sa kristal, pagproseso sa ingot, pagputol sa ingot, paggaling sa wafer, pagpasinaw, pagpanglimpyo ug uban pang mga koneksyon.
Ang yugto sa pagtubo sa kristal mao ang kinauyokan sa tibuok proseso, ug kini nga lakang ang nagtino sa mga elektrikal nga kabtangan sa silicon carbide substrate.

Ang mga materyales nga silicon carbide lisod patuboon sa liquid phase ubos sa normal nga mga kondisyon. Ang pamaagi sa pagtubo sa vapor phase nga sikat sa merkado karon adunay temperatura sa pagtubo nga labaw sa 2300°C ug nanginahanglan ug tukma nga pagkontrol sa temperatura sa pagtubo. Ang tibuok proseso sa operasyon halos lisod obserbahan. Ang gamay nga sayop mosangpot sa pag-scrap sa produkto. Sa pagtandi, ang mga materyales nga silicon nagkinahanglan lamang ug 1600℃, nga mas ubos. Ang pag-andam sa mga substrate sa silicon carbide nag-atubang usab ug mga kalisud sama sa hinay nga pagtubo sa kristal ug taas nga kinahanglanon sa porma sa kristal. Ang pagtubo sa silicon carbide wafer molungtad ug mga 7 ngadto sa 10 ka adlaw, samtang ang pagbira sa silicon rod molungtad lamang ug 2 ug tunga ka adlaw. Dugang pa, ang silicon carbide usa ka materyal kansang katig-a ikaduha lamang sa diamante. Kini mawad-an ug daghan atol sa pagputol, paggaling, ug pagpasinaw, ug ang output ratio 60% lamang.

Nahibal-an nato nga ang uso mao ang pagpadako sa gidak-on sa mga silicon carbide substrates, samtang nagpadayon ang pagdako sa gidak-on, ang mga kinahanglanon alang sa teknolohiya sa pagpalapad sa diametro nagkataas ug nagkataas. Nagkinahanglan kini og kombinasyon sa lainlaing mga elemento sa teknikal nga pagkontrol aron makab-ot ang balik-balik nga pagtubo sa mga kristal.