Den første generation af halvledermaterialer er repræsenteret af traditionelt silicium (Si) og germanium (Ge), som er grundlaget for fremstilling af integrerede kredsløb. De anvendes i vid udstrækning i lavspændings-, lavfrekvente- og laveffekttransistorer og detektorer. Mere end 90 % af halvlederprodukter er lavet af siliciumbaserede materialer;
Anden generations halvledermaterialer er repræsenteret af galliumarsenid (GaAs), indiumphosphid (InP) og galliumphosphid (GaP). Sammenlignet med siliciumbaserede enheder har de højfrekvente og højhastighedsoptoelektroniske egenskaber og anvendes i vid udstrækning inden for optoelektronik og mikroelektronik.
Den tredje generation af halvledermaterialer er repræsenteret af nye materialer som siliciumcarbid (SiC), galliumnitrid (GaN), zinkoxid (ZnO), diamant (C) og aluminiumnitrid (AlN).
Siliciumkarbider et vigtigt grundmateriale for udviklingen af tredjegenerations halvlederindustri. Siliciumcarbid-effektkomponenter kan effektivt opfylde kravene til høj effektivitet, miniaturisering og letvægt i effektelektroniske systemer med deres fremragende højspændingsmodstand, høje temperaturbestandighed, lave tab og andre egenskaber.
På grund af dets overlegne fysiske egenskaber: højt båndgab (svarende til et højt gennembrudselektrisk felt og høj effekttæthed), høj elektrisk ledningsevne og høj termisk ledningsevne, forventes det at blive det mest anvendte basismateriale til fremstilling af halvlederchips i fremtiden. Især inden for nye energikøretøjer, solcelleproduktion, jernbanetransport, smart grids og andre områder har det åbenlyse fordele.
SiC-produktionsprocessen er opdelt i tre hovedtrin: SiC-enkeltkrystalvækst, epitaksialt lagvækst og komponentfremstilling, som svarer til de fire hovedled i den industrielle kæde:substrat, epitaksi, enheder og moduler.
Den almindelige metode til fremstilling af substrater bruger først den fysiske dampsublimeringsmetode til at sublimere pulveret i et højtemperaturvakuummiljø og dyrke siliciumcarbidkrystaller på overfladen af kimkrystallen ved at styre et temperaturfelt. Ved at bruge en siliciumcarbidwafer som substrat bruges kemisk dampaflejring til at aflejre et lag af enkeltkrystal på waferen for at danne en epitaksial wafer. Blandt dem kan dyrkning af et epitaksiallag af siliciumcarbid på et ledende siliciumcarbidsubstrat laves til kraftenheder, der hovedsageligt anvendes i elektriske køretøjer, solceller og andre områder; dyrkning af et epitaksiallag af galliumnitrid på et halvisolerendesiliciumcarbidsubstratkan yderligere laves om til radiofrekvensenheder, der bruges i 5G-kommunikation og andre områder.
For nuværende har siliciumcarbidsubstrater de højeste tekniske barrierer i siliciumcarbidindustrikæden, og siliciumcarbidsubstrater er de vanskeligste at producere.
Produktionsflaskehalsen for SiC er ikke blevet fuldstændig løst, og kvaliteten af råmaterialets krystalsøjler er ustabil, og der er et udbytteproblem, hvilket fører til de høje omkostninger ved SiC-enheder. Det tager kun i gennemsnit 3 dage for siliciummateriale at vokse til en krystalstang, men det tager en uge for en siliciumcarbidkrystalstang. En generel siliciumkrystalstang kan blive 200 cm lang, men en siliciumcarbidkrystalstang kan kun blive 2 cm lang. Desuden er SiC i sig selv et hårdt og sprødt materiale, og wafere fremstillet af det er tilbøjelige til kantafskalning ved brug af traditionel mekanisk skærewafer-dicing, hvilket påvirker produktets udbytte og pålidelighed. SiC-substrater er meget forskellige fra traditionelle siliciumbarrer, og alt fra udstyr, processer, forarbejdning til skæring skal udvikles til at håndtere siliciumcarbid.
Siliciumcarbidindustriens kæde er hovedsageligt opdelt i fire hovedled: substrat, epitaksi, enheder og applikationer. Substratmaterialer er fundamentet for industrikæden, epitaksimaterialer er nøglen til fremstilling af enheder, enheder er kernen i industrikæden, og applikationer er drivkraften for industriel udvikling. Upstream-industrien bruger råmaterialer til at fremstille substratmaterialer gennem fysiske dampsublimeringsmetoder og andre metoder, og bruger derefter kemiske dampaflejringsmetoder og andre metoder til at dyrke epitaksimaterialer. Midstream-industrien bruger upstreammaterialer til at fremstille radiofrekvensenheder, strømforsyningsenheder og andre enheder, som i sidste ende bruges i downstream 5G-kommunikation, elbiler, jernbanetransport osv. Blandt disse tegner substrat og epitaksi sig for 60% af omkostningerne i industrikæden og er den vigtigste værdi af industrikæden.
SiC-substrat: SiC-krystaller fremstilles normalt ved hjælp af Lely-metoden. Internationale mainstream-produkter går fra 4 tommer til 6 tommer, og der er blevet udviklet 8-tommer ledende substratprodukter. Indenlandske substrater er primært 4 tommer. Da de eksisterende 6-tommer siliciumwafer-produktionslinjer kan opgraderes og transformeres til at producere SiC-enheder, vil den høje markedsandel for 6-tommer SiC-substrater opretholdes i lang tid.
Siliciumcarbidsubstratprocessen er kompleks og vanskelig at producere. Siliciumcarbidsubstrat er et sammensat halvleder-enkeltkrystalmateriale bestående af to elementer: kulstof og silicium. I øjeblikket bruger industrien primært højrent kulstofpulver og højrent siliciumpulver som råmaterialer til at syntetisere siliciumcarbidpulver. Under et specielt temperaturfelt anvendes den modne fysiske damptransmissionsmetode (PVT-metoden) til at dyrke siliciumcarbid i forskellige størrelser i en krystalvækstovn. Krystalbarren forarbejdes, skæres, slibes, poleres, renses og udføres på flere måder for at producere et siliciumcarbidsubstrat.
Udsendelsestidspunkt: 22. maj 2024