Mae'r anawsterau technegol wrth gynhyrchu waferi silicon carbid o ansawdd uchel yn sefydlog ac yn dorfol gyda pherfformiad sefydlog yn cynnwys:
1) Gan fod angen i grisialau dyfu mewn amgylchedd wedi'i selio â thymheredd uchel uwchlaw 2000°C, mae'r gofynion rheoli tymheredd yn eithriadol o uchel;
2) Gan fod gan silicon carbid fwy na 200 o strwythurau crisial, ond dim ond ychydig o strwythurau o silicon carbid un grisial sy'n ddeunyddiau lled-ddargludyddion gofynnol, mae angen rheoli'r gymhareb silicon-i-garbon, y graddiant tymheredd twf, a thwf crisial yn fanwl gywir yn ystod y broses twf crisial. Paramedrau fel cyflymder a phwysau llif aer;
3) O dan y dull trosglwyddo cyfnod anwedd, mae technoleg ehangu diamedr twf crisial carbid silicon yn anodd iawn;
4) Mae caledwch carbid silicon yn agos at galedwch diemwnt, ac mae technegau torri, malu a sgleinio yn anodd.
Waferi epitacsial SiC: fel arfer yn cael eu cynhyrchu trwy'r dull dyddodiad anwedd cemegol (CVD). Yn ôl gwahanol fathau o ddopio, cânt eu rhannu'n waferi epitacsial math-n a math-p. Gall Hantian Tiancheng a Dongguan Tianyu domestig eisoes ddarparu waferi epitacsial SiC 4 modfedd/6 modfedd. Ar gyfer epitacsi SiC, mae'n anodd ei reoli yn y maes foltedd uchel, ac mae ansawdd epitacsi SiC yn cael effaith fwy ar ddyfeisiau SiC. Ar ben hynny, mae offer epitacsial yn cael ei fonopoleiddio gan y pedwar cwmni blaenllaw yn y diwydiant: Axitron, LPE, TEL a Nuflare.
Epitacsial silicon carbidMae wafer yn cyfeirio at wafer silicon carbid lle mae ffilm grisial sengl (haen epitacsial) gyda gofynion penodol a'r un fath â'r grisial swbstrad yn cael ei thyfu ar y swbstrad silicon carbid gwreiddiol. Mae twf epitacsial yn bennaf yn defnyddio offer CVD (Chemical Vapor Deposition,) neu offer MBE (Molecular Beam Epitaxy). Gan fod dyfeisiau silicon carbid yn cael eu cynhyrchu'n uniongyrchol yn yr haen epitacsial, mae ansawdd yr haen epitacsial yn effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad a chynnyrch y ddyfais. Wrth i berfformiad gwrthsefyll foltedd y ddyfais barhau i gynyddu, mae trwch yr haen epitacsial gyfatebol yn dod yn fwy trwchus ac mae'r rheolaeth yn dod yn anoddach. Yn gyffredinol, pan fydd y foltedd tua 600V, mae'r trwch haen epitacsial gofynnol tua 6 micron; pan fydd y foltedd rhwng 1200-1700V, mae'r trwch haen epitacsial gofynnol yn cyrraedd 10-15 micron. Os yw'r foltedd yn cyrraedd mwy na 10,000 folt, efallai y bydd angen trwch haen epitacsial o fwy na 100 micron. Wrth i drwch yr haen epitacsial barhau i gynyddu, mae'n dod yn fwyfwy anodd rheoli unffurfiaeth trwch a gwrthedd a dwysedd diffygion.
Dyfeisiau SiC: Yn rhyngwladol, mae SiC SBD a MOSFET 600~1700V wedi cael eu diwydiannu. Mae'r cynhyrchion prif ffrwd yn gweithredu ar lefelau foltedd islaw 1200V ac yn bennaf yn mabwysiadu pecynnu TO. O ran prisio, mae cynhyrchion SiC ar y farchnad ryngwladol wedi'u prisio tua 5-6 gwaith yn uwch na'u cymheiriaid Si. Fodd bynnag, mae prisiau'n gostwng ar gyfradd flynyddol o 10%. Gydag ehangu deunyddiau i fyny'r afon a chynhyrchu dyfeisiau yn y 2-3 blynedd nesaf, bydd cyflenwad y farchnad yn cynyddu, gan arwain at ostyngiadau prisiau pellach. Disgwylir, pan fydd y pris yn cyrraedd 2-3 gwaith pris cynhyrchion Si, y bydd y manteision a ddaw yn sgil costau system is a pherfformiad gwell yn raddol yn gyrru SiC i feddiannu gofod marchnad dyfeisiau Si.
Mae pecynnu traddodiadol yn seiliedig ar swbstradau sy'n seiliedig ar silicon, tra bod deunyddiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth yn gofyn am ddyluniad cwbl newydd. Gall defnyddio strwythurau pecynnu traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon ar gyfer dyfeisiau pŵer band-bwlch eang gyflwyno problemau a heriau newydd sy'n gysylltiedig ag amledd, rheoli thermol, a dibynadwyedd. Mae dyfeisiau pŵer SiC yn fwy sensitif i gapasitans ac anwythiant parasitig. O'i gymharu â dyfeisiau Si, mae gan sglodion pŵer SiC gyflymderau newid cyflymach, a all arwain at or-saethu, osgiliad, colledion newid cynyddol, a hyd yn oed gamweithrediadau dyfeisiau. Yn ogystal, mae dyfeisiau pŵer SiC yn gweithredu ar dymheredd uwch, gan olygu bod angen technegau rheoli thermol mwy datblygedig.
Mae amrywiaeth o strwythurau gwahanol wedi'u datblygu ym maes pecynnu pŵer lled-ddargludyddion bandbwlch eang. Nid yw pecynnu modiwl pŵer traddodiadol sy'n seiliedig ar Si yn addas mwyach. Er mwyn datrys problemau paramedrau parasitig uchel ac effeithlonrwydd gwasgaru gwres gwael pecynnu modiwl pŵer traddodiadol sy'n seiliedig ar Si, mae pecynnu modiwl pŵer SiC yn mabwysiadu technoleg rhyng-gysylltu diwifr ac oeri dwy ochr yn ei strwythur, ac mae hefyd yn mabwysiadu deunyddiau'r swbstrad gyda dargludedd thermol gwell, ac wedi ceisio integreiddio cynwysyddion dadgysylltu, synwyryddion tymheredd/cerrynt, a chylchedau gyrru i strwythur y modiwl, a datblygu amrywiaeth o dechnolegau pecynnu modiwl gwahanol. Ar ben hynny, mae rhwystrau technegol uchel i weithgynhyrchu dyfeisiau SiC ac mae costau cynhyrchu yn uchel.
Cynhyrchir dyfeisiau silicon carbid trwy ddyddodi haenau epitacsial ar swbstrad silicon carbid trwy CVD. Mae'r broses yn cynnwys glanhau, ocsideiddio, ffotolithograffeg, ysgythru, tynnu ffotowrthiant, mewnblannu ïonau, dyddodiad anwedd cemegol silicon nitrid, caboli, chwistrellu, a'r camau prosesu dilynol i ffurfio strwythur y ddyfais ar y swbstrad grisial sengl SiC. Mae prif fathau o ddyfeisiau pŵer SiC yn cynnwys deuodau SiC, transistorau SiC, a modiwlau pŵer SiC. Oherwydd ffactorau fel cyflymder cynhyrchu deunydd i fyny'r afon araf a chyfraddau cynnyrch isel, mae gan ddyfeisiau silicon carbid gostau gweithgynhyrchu cymharol uchel.
Yn ogystal, mae gan weithgynhyrchu dyfeisiau silicon carbid rai anawsterau technegol:
1) Mae angen datblygu proses benodol sy'n gyson â nodweddion deunyddiau silicon carbid. Er enghraifft: mae gan SiC bwynt toddi uchel, sy'n gwneud trylediad thermol traddodiadol yn aneffeithiol. Mae angen defnyddio dull dopio mewnblannu ïonau a rheoli paramedrau fel tymheredd, cyfradd gwresogi, hyd, a llif nwy yn gywir; mae SiC yn anadweithiol i doddyddion cemegol. Dylid defnyddio dulliau fel ysgythru sych, a dylid optimeiddio a datblygu deunyddiau masg, cymysgeddau nwy, rheoli llethr ochr y wal, cyfradd ysgythru, garwedd ochr y wal, ac ati;
2) Mae gweithgynhyrchu electrodau metel ar wafferi silicon carbid angen gwrthiant cyswllt islaw 10-5Ω2. Mae gan y deunyddiau electrod sy'n bodloni'r gofynion, Ni ac Al, sefydlogrwydd thermol gwael uwchlaw 100°C, ond mae gan Al/Ni sefydlogrwydd thermol gwell. Mae gwrthiant penodol cyswllt deunydd electrod cyfansawdd /W/Au 10-3Ω2 yn uwch;
3) Mae gan SiC wisgo torri uchel, ac mae caledwch SiC yn ail yn unig i ddiamwnt, sy'n gosod gofynion uwch ar gyfer torri, malu, sgleinio a thechnolegau eraill.
Ar ben hynny, mae dyfeisiau pŵer silicon carbid ffos yn anoddach i'w cynhyrchu. Yn ôl gwahanol strwythurau dyfeisiau, gellir rhannu dyfeisiau pŵer silicon carbid yn bennaf yn ddyfeisiau planar a dyfeisiau ffos. Mae gan ddyfeisiau pŵer silicon carbid planar gysondeb uned da a phroses weithgynhyrchu syml, ond maent yn dueddol o gael effaith JFET ac mae ganddynt gapasitans parasitig uchel a gwrthiant cyflwr ymlaen. O'i gymharu â dyfeisiau planar, mae gan ddyfeisiau pŵer silicon carbid ffos gysondeb uned is ac mae ganddynt broses weithgynhyrchu fwy cymhleth. Fodd bynnag, mae strwythur y ffos yn ffafriol i gynyddu dwysedd uned y ddyfais ac mae'n llai tebygol o gynhyrchu'r effaith JFET, sy'n fuddiol i ddatrys problem symudedd sianel. Mae ganddo briodweddau rhagorol fel gwrthiant ymlaen bach, capasitans parasitig bach, a defnydd ynni newid isel. Mae ganddo fanteision cost a pherfformiad sylweddol ac mae wedi dod yn brif gyfeiriad datblygu dyfeisiau pŵer silicon carbid. Yn ôl gwefan swyddogol Rohm, dim ond 75% o arwynebedd sglodion Gen2 (Plannar2) yw strwythur ROHM Gen3 (strwythur Ffos Gen1), ac mae ymwrthedd ymlaen strwythur ROHM Gen3 wedi'i leihau 50% o dan yr un maint sglodion.
Mae swbstrad silicon carbid, epitacsi, blaen-ben, treuliau Ymchwil a Datblygu ac eraill yn cyfrif am 47%, 23%, 19%, 6% a 5% o gost gweithgynhyrchu dyfeisiau silicon carbid yn y drefn honno.
Yn olaf, byddwn yn canolbwyntio ar chwalu'r rhwystrau technegol sy'n gysylltiedig â swbstradau yng nghadwyn y diwydiant silicon carbide.
Mae proses gynhyrchu swbstradau silicon carbid yn debyg i broses gynhyrchu swbstradau sy'n seiliedig ar silicon, ond yn anoddach.
Yn gyffredinol, mae'r broses weithgynhyrchu ar gyfer swbstrad silicon carbid yn cynnwys synthesis deunydd crai, twf crisialau, prosesu ingotau, torri ingotau, malu wafers, caboli, glanhau a chysylltiadau eraill.
Y cam twf crisialau yw craidd y broses gyfan, ac mae'r cam hwn yn pennu priodweddau trydanol y swbstrad silicon carbid.
Mae'n anodd tyfu deunyddiau silicon carbid yn y cyfnod hylif o dan amodau arferol. Mae gan y dull tyfu cyfnod anwedd sy'n boblogaidd yn y farchnad heddiw dymheredd tyfu uwchlaw 2300°C ac mae angen rheolaeth fanwl gywir ar y tymheredd tyfu. Mae'r broses weithredu gyfan bron yn anodd ei harsylwi. Bydd gwall bach yn arwain at sgrapio cynnyrch. Mewn cymhariaeth, dim ond 1600℃ sydd ei angen ar ddeunyddiau silicon, sy'n llawer is. Mae paratoi swbstradau silicon carbid hefyd yn wynebu anawsterau fel twf crisial araf a gofynion ffurf crisial uchel. Mae twf waffer silicon carbid yn cymryd tua 7 i 10 diwrnod, tra mai dim ond 2 ddiwrnod a hanner y mae tynnu gwialen silicon yn ei gymryd. Ar ben hynny, mae silicon carbid yn ddeunydd sydd â chaledwch yn ail yn unig i ddiamwnt. Bydd yn colli llawer wrth dorri, malu a sgleinio, a dim ond 60% yw'r gymhareb allbwn.
Gwyddom fod y duedd i gynyddu maint swbstradau silicon carbid, ac wrth i'r maint barhau i gynyddu, mae'r gofynion ar gyfer technoleg ehangu diamedr yn mynd yn uwch ac uwch. Mae angen cyfuniad o wahanol elfennau rheoli technegol i gyflawni twf ailadroddus crisialau.
Amser postio: Mai-22-2024