Kiuj estas la teknikaj baroj al siliciokarbido?

La teknikaj malfacilaĵoj en stabile amasproduktanta altkvalitan silician karbidan oblaton kun stabila funkciado inkluzivas:

1) Ĉar kristaloj bezonas kreski en alt-temperatura hermetika medio super 2000 °C, la temperaturkontrolaj postuloj estas ekstreme altaj;
2) Ĉar silicia karbido havas pli ol 200 kristalstrukturojn, sed nur kelkaj strukturoj de unu-kristala silicia karbido estas la bezonataj duonkonduktaĵaj materialoj, la rilatumo inter silicio kaj karbono, la kreskotemperatura gradiento kaj la kristalkresko devas esti precize kontrolitaj dum la kristalkreska procezo. Parametroj kiel rapido kaj aerflua premo;
3) Sub la vaporfaza transmisia metodo, la diametra vastiĝteknologio de siliciokarbida kristalkresko estas ekstreme malfacila;
4) La malmoleco de siliciokarbido estas proksima al tiu de diamanto, kaj tranĉado, muelado kaj polurado estas malfacilaj.

SiC-epitaksaj obletoj: kutime fabrikataj per kemia vapora deponado (CVD) metodo. Laŭ malsamaj doptipoj, ili estas dividitaj en n-tipajn kaj p-tipajn epipitaksajn obletojn. La enlandaj Hantian Tiancheng kaj Dongguan Tianyu jam povas provizi 4-colajn/6-colajn SiC-epitaksajn obletojn. Por SiC-epitaksio, ĝi estas malfacile kontrolebla en la alttensia kampo, kaj la kvalito de SiC-epitaksio havas pli grandan efikon sur SiC-aparatoj. Krome, epitaksa ekipaĵo estas monopoligita de la kvar ĉefaj kompanioj en la industrio: Axitron, LPE, TEL kaj Nuflare.

Siliciokarbido epitaksa"Silvorto" estas silicia karbida silicia ... Dum la dikeco de la epitaksa tavolo daŭre pliiĝas, fariĝas ĉiam pli malfacile kontroli dikecon kaj rezistecan homogenecon kaj difektodensecon.

SiC-aparatoj: Internacie, 600~1700V SiC SBD kaj MOSFET estis industriigitaj. La ĉefaj produktoj funkcias je tensiaj niveloj sub 1200V kaj ĉefe uzas TO-enpakadon. Rilate al prezoj, SiC-produktoj sur la internacia merkato estas prezigitaj ĉirkaŭ 5-6 fojojn pli alte ol iliaj Si-ekvivalentoj. Tamen, prezoj malpliiĝas je jara rapideco de 10%. Kun la vastiĝo de kontraŭfluaj materialoj kaj aparatproduktado en la venontaj 2-3 jaroj, la merkata provizo pliiĝos, kondukante al pliaj prezmalaltigoj. Oni atendas, ke kiam la prezo atingos 2-3 fojojn tiun de Si-produktoj, la avantaĝoj alportitaj de reduktitaj sistemkostoj kaj plibonigita rendimento iom post iom pelos SiC okupi la merkatan spacon de Si-aparatoj.
Tradiciaj enpakaj strukturoj baziĝas sur silicio-bazitaj substratoj, dum triageneraciaj duonkonduktaĵaj materialoj postulas tute novan dezajnon. Uzi tradiciajn silicio-bazitajn enpakajn strukturojn por larĝ-bendbreĉaj potencaj aparatoj povas enkonduki novajn problemojn kaj defiojn rilatajn al frekvenco, termika administrado kaj fidindeco. SiC-potencaj aparatoj estas pli sentemaj al parazita kapacitanco kaj induktanco. Kompare kun Si-aparatoj, SiC-potencaj blatoj havas pli rapidajn ŝaltilrapidojn, kiuj povas konduki al troŝovo, oscilado, pliigitaj ŝaltilperdoj kaj eĉ aparataj paneoj. Krome, SiC-potencaj aparatoj funkcias je pli altaj temperaturoj, postulante pli progresintajn termikajn administradajn teknikojn.

Diversaj strukturoj estis evoluigitaj en la kampo de larĝ-bendbreĉa semikonduktaĵa potenco-enpakado. Tradicia Si-bazita potenco-modula enpakado jam ne taŭgas. Por solvi la problemojn de altaj parazitaj parametroj kaj malbona varmodisradia efikeco de tradicia Si-bazita potenco-modula enpakado, SiC-potencaj modulaj enpakado adoptas sendratan interkonekton kaj duflankan malvarmigan teknologion en sia strukturo, kaj ankaŭ adoptas la substratajn materialojn kun pli bona varmokondukteco, kaj provis integri malkuplajn kondensilojn, temperatur-/kurentajn sensilojn kaj stircirkvitojn en la modulan strukturon, kaj evoluigis diversajn modulajn enpakadteknologiojn. Krome, ekzistas altaj teknikaj baroj al SiC-aparata fabrikado kaj produktokostoj estas altaj.

Siliciokarbidaj aparatoj estas produktitaj per deponado de epitaksiaj tavoloj sur siliciokarbida substrato per CVD. La procezo implikas purigadon, oksidadon, fotolitografion, gratadon, forigon de fotorezisto, jonan implantadon, kemian vaporan deponadon de silicionitrido, poluradon, ŝprucadon kaj postajn prilaborajn paŝojn por formi la aparatstrukturon sur la SiC-unukristala substrato. Ĉefaj tipoj de SiC-potencaj aparatoj inkluzivas SiC-diodojn, SiC-transistorojn kaj SiC-potencaj modulojn. Pro faktoroj kiel malrapida produktadrapideco de la kontraŭflua materialo kaj malaltaj rendimentaj procentoj, siliciokarbidaj aparatoj havas relative altajn fabrikadkostojn.

Krome, fabrikado de aparatoj el siliciokarbido havas certajn teknikajn malfacilaĵojn:

1) Necesas disvolvi specifan procezon, kiu kongruas kun la karakterizaĵoj de siliciaj karbidaj materialoj. Ekzemple: SiC havas altan fandopunkton, kio malefikigas tradician termikan difuzon. Necesas uzi la metodon de jona implantado kaj precize kontroli parametrojn kiel temperaturo, varmigrapideco, daŭro kaj gasfluo; SiC estas inerta al kemiaj solviloj. Metodoj kiel seka gravurado estu uzataj, kaj oni optimumigu kaj disvolvu maskomaterialojn, gasmiksaĵojn, kontrolon de flankmura deklivo, gravura rapideco, flankmura malglateco, ktp.;
2) La fabrikado de metalaj elektrodoj sur siliciaj karbidaj obleoj postulas kontaktan reziston sub 10⁻⁵². La elektrodmaterialoj, kiuj plenumas la postulojn, Ni kaj Al, havas malbonan termikan stabilecon super 100°C, sed Al/Ni havas pli bonan termikan stabilecon. La kontakta specifa rezisto de la kompozita elektrodmaterialo /W/Au estas 10⁻⁵² pli alta;
3) SiC havas altan tranĉan eluziĝon, kaj la malmoleco de SiC estas dua nur al diamanto, kio prezentas pli altajn postulojn por tranĉado, muelado, polurado kaj aliaj teknologioj.

Krome, tranĉeaj silicikarbidaj potencaj aparatoj estas pli malfacile fabrikeblaj. Laŭ malsamaj aparatstrukturoj, silicikarbidaj potencaj aparatoj povas esti ĉefe dividitaj en ebenajn aparatojn kaj tranĉeajn aparatojn. Ebenaj silicikarbidaj potencaj aparatoj havas bonan unuecan konsistencon kaj simplan fabrikadprocezon, sed estas emaj al JFET-efiko kaj havas altan parazitan kapacitancon kaj ŝaltreziston. Kompare kun ebenaj aparatoj, tranĉeaj silicikarbidaj potencaj aparatoj havas pli malaltan unuecan konsistencon kaj havas pli kompleksan fabrikadprocezon. Tamen, la tranĉea strukturo favoras pliigi la aparatunuodensecon kaj malpli verŝajne produktas la JFET-efikon, kio utilas por solvi la problemon de kanala movebleco. Ĝi havas bonegajn ecojn kiel malgranda ŝaltrezisto, malgranda parazita kapacitanco kaj malalta ŝaltenergia konsumo. Ĝi havas signifajn kostajn kaj rendimentajn avantaĝojn kaj fariĝis la ĉefa direkto de la disvolviĝo de silicikarbidaj potencaj aparatoj. Laŭ la oficiala retejo de Rohm, la ROHM Gen3-strukturo (Gen1 Trench-strukturo) estas nur 75% de la Gen2 (Plannar2) ĉipa areo, kaj la ŝaltrezisto de la ROHM Gen3-strukturo estas reduktita je 50% sub la sama ĉipa grandeco.

Siliciokarbida substrato, epitaksio, antaŭa finaĵo, elspezoj por esplorado kaj disvolvado kaj aliaj konsistigas respektive 47%, 23%, 19%, 6% kaj 5% de la fabrikadokosto de siliciokarbidaj aparatoj.

Fine, ni koncentriĝos pri malkonstruado de la teknikaj baroj de substratoj en la ĉeno de siliciokarbido.

La produktada procezo de siliciokarbidaj substratoj similas al tiu de silicio-bazitaj substratoj, sed pli malfacila.
La fabrikada procezo de silicia karbida substrato ĝenerale inkluzivas krudmaterialan sintezon, kristalkreskon, orbrikan prilaboradon, orbrikan tranĉadon, oblatan mueladon, poluradon, purigadon kaj aliajn ligilojn.
La kristala kreskofazo estas la kerno de la tuta procezo, kaj ĉi tiu paŝo determinas la elektrajn ecojn de la siliciokarbida substrato.

Siliciaj karbidaj materialoj malfacile kreskigeblas en likva fazo sub normalaj kondiĉoj. La vapora faza kreskometodo, populara sur la merkato hodiaŭ, havas kreskotemperaturon super 2300 °C kaj postulas precizan kontrolon de la kreskotemperaturo. La tuta operacia procezo estas preskaŭ malfacile observebla. Eĉ eta eraro kondukos al forĵeto de la produkto. Kompare, siliciaj materialoj postulas nur 1600 °C, kio estas multe pli malalta. La preparado de siliciaj karbidaj substratoj ankaŭ alfrontas malfacilaĵojn kiel malrapida kristalkresko kaj altaj postuloj pri kristalformado. La kresko de siliciaj karbidaj oblatetoj daŭras ĉirkaŭ 7 ĝis 10 tagojn, dum la tirado de siliciaj bastonoj daŭras nur 2-kaj-duonon tagojn. Krome, silicia karbido estas materialo, kies malmoleco estas dua nur post diamanto. Ĝi perdos multon dum tranĉado, muelado kaj polurado, kaj la produkta proporcio estas nur 60%.

Ni scias, ke la tendenco estas pligrandigi la grandecon de siliciaj karbidaj substratoj, ĉar la grandeco daŭre kreskas, la postuloj por diametro-vastiĝoteknologio fariĝas pli kaj pli altaj. Ĝi postulas kombinaĵon de diversaj teknikaj kontrolelementoj por atingi ripetan kreskon de kristaloj.