E difficultà tecniche in a pruduzzione in massa stabile di wafer di carburo di siliciu di alta qualità cù prestazioni stabili includenu:
1) Siccomu i cristalli anu bisognu di cresce in un ambiente sigillatu à alta temperatura sopra i 2000 ° C, i requisiti di cuntrollu di a temperatura sò estremamente alti;
2) Siccomu u carburu di siliciu hà più di 200 strutture cristalline, ma solu uni pochi di strutture di carburu di siliciu monocristallinu sò i materiali semiconduttori richiesti, u rapportu siliciu-carboniu, u gradiente di temperatura di crescita è a crescita di u cristallu devenu esse cuntrullati precisamente durante u prucessu di crescita di u cristallu. Parametri cum'è a velocità è a pressione di u flussu d'aria;
3) Sottu à u metudu di trasmissione di a fase di vapore, a tecnulugia di espansione di u diametru di a crescita di u cristallu di carburu di siliciu hè estremamente difficiule;
4) A durezza di u carburu di siliciu hè vicina à quella di u diamante, è e tecniche di tagliu, macinazione è lucidatura sò difficili.
Wafer epitassiali di SiC: generalmente fabbricati per metudu di deposizione chimica da vapore (CVD). Sicondu i diversi tipi di doping, sò divisi in wafer epitassiali di tipu n è di tipu p. Hantian Tiancheng è Dongguan Tianyu naziunali ponu digià furnisce wafer epitassiali di SiC di 4 pollici/6 pollici. Per l'epitassia di SiC, hè difficiule da cuntrullà in u campu di alta tensione, è a qualità di l'epitassia di SiC hà un impattu più grande nantu à i dispositivi SiC. Inoltre, l'equipaggiu epitassiale hè monopolizatu da e quattru cumpagnie principali di l'industria: Axitron, LPE, TEL è Nuflare.
Epitassiale di carburo di siliciuUna cialda si riferisce à una cialda di carburo di siliciu in a quale un film di cristallu unicu (stratu epitassiale) cù certi requisiti è listessi à u cristallu di u substratu hè cultivatu nantu à u substratu originale di carburo di siliciu. A crescita epitassiale usa principalmente apparecchiature CVD (Deposizione Chimica da Vapore) o apparecchiature MBE (Epitassia a Fascio Moleculare). Siccomu i dispositivi di carburo di siliciu sò fabbricati direttamente in u stratu epitassiale, a qualità di u stratu epitassiale influenza direttamente e prestazioni è u rendimentu di u dispositivu. Mentre e prestazioni di resistenza à a tensione di u dispositivu cuntinueghjanu à aumentà, u spessore di u stratu epitassiale currispundente diventa più spessore è u cuntrollu diventa più difficiule. In generale, quandu a tensione hè intornu à 600V, u spessore di u stratu epitassiale necessariu hè di circa 6 micron; quandu a tensione hè trà 1200-1700V, u spessore di u stratu epitassiale necessariu righjunghji 10-15 micron. Se a tensione righjunghji più di 10.000 volt, pò esse necessariu un spessore di u stratu epitassiale di più di 100 micron. Cù l'aumentu di u spessore di u stratu epitassiale, diventa sempre più difficiule di cuntrullà l'uniformità di u spessore è di a resistività è a densità di i difetti.
Dispositivi SiC: À l'internaziunale, i SBD è MOSFET SiC da 600 ~ 1700 V sò stati industrializati. I prudutti principali operanu à livelli di tensione inferiori à 1200 V è aduttanu principalmente imballaggi TO. In termini di prezzi, i prudutti SiC nantu à u mercatu internaziunale anu un prezzu circa 5-6 volte più altu chè i so omologhi Si. Tuttavia, i prezzi stanu diminuendu à un ritmu annuale di u 10%. Cù l'espansione di i materiali à monte è a pruduzzione di dispositivi in i prossimi 2-3 anni, l'offerta di u mercatu aumenterà, purtendu à ulteriori riduzioni di prezzi. Si prevede chì quandu u prezzu ghjunghjerà à 2-3 volte quellu di i prudutti Si, i vantaghji purtati da a riduzione di i costi di u sistema è da e prestazioni migliorate spingeranu gradualmente u SiC à occupà u spaziu di mercatu di i dispositivi Si.
L'imballaggi tradiziunali sò basati annantu à sustrati à basa di siliciu, mentre chì i materiali semiconduttori di terza generazione richiedenu un cuncepimentu cumpletamente novu. L'usu di strutture d'imballaggi tradiziunali à basa di siliciu per i dispositivi di putenza à banda larga pò introduce novi prublemi è sfide ligati à a frequenza, a gestione termica è l'affidabilità. I dispositivi di putenza SiC sò più sensibili à a capacità è l'induttanza parassita. In paragone à i dispositivi Si, i chip di putenza SiC anu velocità di cummutazione più veloci, chì ponu purtà à sovraccaricu, oscillazione, aumenti di perdite di cummutazione è ancu malfunzionamenti di u dispositivu. Inoltre, i dispositivi di putenza SiC funzionanu à temperature più elevate, richiedendu tecniche di gestione termica più avanzate.
Una varietà di strutture diverse sò state sviluppate in u campu di l'imballaggio di putenza di semiconduttori à banda larga. L'imballaggio tradiziunale di moduli di putenza basatu annantu à Si ùn hè più adattatu. Per risolve i prublemi di parametri parassiti elevati è di scarsa efficienza di dissipazione di u calore di l'imballaggio tradiziunale di moduli di putenza basatu annantu à Si, l'imballaggio di moduli di putenza SiC adotta l'interconnessione wireless è a tecnulugia di raffreddamentu à doppiu latu in a so struttura, è adotta ancu i materiali di substratu cù una migliore conducibilità termica, è hà pruvatu à integrà condensatori di disaccoppiamentu, sensori di temperatura/corrente è circuiti di guida in a struttura di u modulu, è hà sviluppatu una varietà di diverse tecnulugie di imballaggio di moduli. Inoltre, ci sò elevate barriere tecniche à a fabricazione di dispositivi SiC è i costi di pruduzzione sò elevati.
I dispusitivi di carburo di siliciu sò prudutti depunendu strati epitassiali nantu à un sustratu di carburo di siliciu per via di CVD. U prucessu implica a pulizia, l'ossidazione, a fotolitografia, l'incisione, a rimozione di a fotoresist, l'impiantu ionicu, a deposizione chimica da vapore di nitruro di siliciu, a lucidatura, u sputtering è i successivi passi di trasfurmazione per furmà a struttura di u dispusitivu nantu à u sustratu monocristallinu SiC. I principali tipi di dispusitivi di putenza SiC includenu diodi SiC, transistor SiC è moduli di putenza SiC. A causa di fattori cum'è a lenta velocità di pruduzzione di materiale à monte è i bassi tassi di rendimentu, i dispusitivi di carburo di siliciu anu costi di fabricazione relativamente elevati.
Inoltre, a fabricazione di dispositivi in carburo di siliciu hà certe difficultà tecniche:
1) Hè necessariu sviluppà un prucessu specificu chì sia coerente cù e caratteristiche di i materiali di carburo di siliciu. Per esempiu: u SiC hà un puntu di fusione altu, chì rende inefficace a diffusione termica tradiziunale. Hè necessariu aduprà u metudu di doping per impiantazione ionica è cuntrullà accuratamente i parametri cum'è a temperatura, a velocità di riscaldamentu, a durata è u flussu di gas; u SiC hè inerte à i solventi chimichi. Devenu esse aduprati metudi cum'è l'incisione a seccu, è devenu esse ottimizzati è sviluppati materiali di maschera, miscele di gas, cuntrollu di a pendenza di a parete laterale, a velocità di incisione, a rugosità di a parete laterale, ecc.;
2) A fabricazione di elettrodi metallichi nantu à wafer di carburo di siliciu richiede una resistenza di cuntattu inferiore à 10-5Ω2. I materiali di l'elettrodi chì rispondenu à i requisiti, Ni è Al, anu una scarsa stabilità termica sopra i 100 °C, ma Al / Ni hà una migliore stabilità termica. A resistenza specifica di cuntattu di u materiale di l'elettrodu cumpostu / W / Au hè 10-3Ω2 più alta;
3) U SiC hà una alta usura di taglio, è a durezza di u SiC hè seconda solu à u diamante, chì mette in avanti esigenze più elevate per u taglio, a macinazione, a lucidatura è altre tecnulugie.
Inoltre, i dispositivi di putenza in carburo di siliciu di trincea sò più difficiuli da fabricà. Sicondu e diverse strutture di dispositivi, i dispositivi di putenza in carburo di siliciu ponu esse principalmente divisi in dispositivi planari è dispositivi di trincea. I dispositivi di putenza in carburo di siliciu planari anu una bona consistenza di l'unità è un prucessu di fabricazione simplice, ma sò propensi à l'effettu JFET è anu una alta capacità parassita è resistenza à u statu. In paragone cù i dispositivi planari, i dispositivi di putenza in carburo di siliciu di trincea anu una consistenza di l'unità più bassa è anu un prucessu di fabricazione più cumplessu. Tuttavia, a struttura di trincea hè favurevule à l'aumentu di a densità di l'unità di u dispositivu è hè menu prubabile di pruduce l'effettu JFET, chì hè beneficu per risolve u prublema di a mobilità di u canale. Hà proprietà eccellenti cum'è una piccula resistenza à u statu, una piccula capacità parassita è un bassu cunsumu di energia di commutazione. Hà vantaghji significativi in termini di costu è prestazioni è hè diventata a direzzione principale di u sviluppu di dispositivi di putenza in carburo di siliciu. Sicondu u situ web ufficiale di Rohm, a struttura ROHM Gen3 (struttura Gen1 Trench) hè solu u 75% di l'area di u chip Gen2 (Plannar2), è a resistenza à u statu di a struttura ROHM Gen3 hè ridutta di u 50% sottu à a stessa dimensione di u chip.
U sustratu di carburo di siliciu, l'epitaxia, u front-end, e spese di R&S è altri rapprisentanu rispettivamente u 47%, 23%, 19%, 6% è 5% di u costu di fabricazione di i dispositivi di carburo di siliciu.
Infine, ci cuncentreremu nantu à a suppressione di l'ostaculi tecnichi di i sustrati in a catena industriale di u carburu di siliciu.
U prucessu di pruduzzione di substrati di carburo di siliciu hè simile à quellu di substrati à basa di siliciu, ma più difficiule.
U prucessu di fabricazione di u sustratu di carburo di siliciu include generalmente a sintesi di materie prime, a crescita di cristalli, a trasfurmazione di lingotti, u tagliu di lingotti, a macinazione di wafer, a lucidatura, a pulizia è altri ligami.
A fase di crescita di i cristalli hè u core di tuttu u prucessu, è questu passu determina e proprietà elettriche di u sustratu di carburo di siliciu.
I materiali di carburo di siliciu sò difficiuli da cultivà in fase liquida in cundizioni nurmali. U metudu di crescita in fase vapore pupulare oghje in u mercatu hà una temperatura di crescita sopra à 2300 ° C è richiede un cuntrollu precisu di a temperatura di crescita. Tuttu u prucessu operativu hè guasi difficiule da osservà. Un picculu errore porterà à a scartazione di u pruduttu. In paragone, i materiali di siliciu necessitanu solu 1600 ℃, chì hè assai più bassu. A preparazione di substrati di carburo di siliciu scontra ancu difficultà cum'è una crescita lenta di cristalli è requisiti elevati di forma cristallina. A crescita di u wafer di carburo di siliciu dura circa 7 à 10 ghjorni, mentre chì a tirata di a barra di siliciu dura solu 2 ghjorni è mezu. Inoltre, u carburo di siliciu hè un materiale chì a so durezza hè seconda solu à u diamante. Perderà assai durante u tagliu, a macinazione è a lucidatura, è u rapportu di pruduzzione hè solu di u 60%.
Sapemu chì a tendenza hè di aumentà a dimensione di i sustrati di carburo di siliciu, cum'è a dimensione cuntinueghja à cresce, i requisiti per a tecnulugia di espansione di u diametru diventanu sempre più alti. Richiede una cumminazione di vari elementi di cuntrollu tecnicu per ottene una crescita iterativa di cristalli.
Data di publicazione: 22 di maghju di u 2024