Pooljuhtmaterjalide esimest põlvkonda esindavad traditsiooniline räni (Si) ja germaanium (Ge), mis on integraallülituste tootmise aluseks. Neid kasutatakse laialdaselt madalpinge, madalsageduse ja väikese võimsusega transistorides ja detektorites. Üle 90% pooljuhttoodetest on valmistatud ränipõhistest materjalidest;
Teise põlvkonna pooljuhtmaterjale esindavad galliumarseniid (GaAs), indiumfosfiid (InP) ja galliumfosfiid (GaP). Võrreldes ränipõhiste seadmetega on neil kõrgsageduslikud ja kiired optoelektroonilised omadused ning neid kasutatakse laialdaselt optoelektroonika ja mikroelektroonika valdkonnas.
Kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjale esindavad sellised uued materjalid nagu ränikarbiid (SiC), galliumnitriid (GaN), tsinkoksiid (ZnO), teemant (C) ja alumiiniumnitriid (AlN).
Ränikarbiidon oluline alusmaterjal kolmanda põlvkonna pooljuhtide tööstuse arendamiseks. Ränikarbiidist jõuseadmed suudavad oma suurepärase kõrgepinge- ja temperatuurikindluse, väikese kadu ja muude omadustega tõhusalt täita jõuelektroonikasüsteemide kõrge efektiivsuse, miniaturiseerimise ja kerge kaalu nõudeid.
Tänu oma suurepärastele füüsikalistele omadustele – suur keelutsoon (mis vastab suurele läbilöögielektriväljale ja suurele võimsustihedusele), kõrgele elektrijuhtivusele ja kõrgele soojusjuhtivusele – eeldatakse, et sellest saab tulevikus pooljuhtkiipide valmistamisel kõige laialdasemalt kasutatav põhimaterjal. Eriti uute energiaallikate, fotogalvaanilise energia tootmise, raudteetranspordi, nutivõrkude ja muude valdkondade puhul on sellel ilmsed eelised.
SiC tootmisprotsess jaguneb kolmeks peamiseks etapiks: SiC monokristalli kasv, epitaksiaalse kihi kasv ja seadmete tootmine, mis vastavad tööstusahela neljale peamisele lülile:substraat, epitaksia, seadmed ja moodulid.
Põhimeetodis substraatide valmistamiseks kasutatakse esmalt füüsikalise auru sublimatsiooni meetodit pulbri sublimeerimiseks kõrge temperatuuriga vaakumkeskkonnas ja ränikarbiidi kristallide kasvatamiseks seemnekristalli pinnal temperatuurivälja juhtimise abil. Kasutades ränikarbiidist vahvlit substraadina, kasutatakse keemilist auru sadestamist monokristalli kihi sadestamiseks vahvlile, moodustades epitaksiaalse vahvli. Nende hulgas saab ränikarbiidist epitaksiaalse kihi kasvatamist juhtivale ränikarbiidist substraadile kasutada jõuseadmete valmistamiseks, mida kasutatakse peamiselt elektriautodes, fotogalvaanikas ja muudes valdkondades; galliumnitriidist epitaksiaalse kihi kasvatamist poolisoleerivale...ränikarbiidi substraatsaab edasi valmistada raadiosageduslikeks seadmeteks, mida kasutatakse 5G sides ja muudes valdkondades.
Praegu on ränikarbiidist aluspindadel ränikarbiidi tööstusahelas kõrgeimad tehnilised tõkked ja ränikarbiidist aluspindu on kõige raskem toota.
SiC tootmise kitsaskoht pole veel täielikult lahendatud, tooraine kristallsammaste kvaliteet on ebastabiilne ja esineb saagikuse probleem, mis viib SiC-seadmete kõrge hinnani. Ränimaterjalist kristallvarda kasvamine võtab keskmiselt vaid 3 päeva, kuid ränikarbiidist kristallvarda puhul kulub selleks nädal. Tavaline ränikristallvarras võib kasvada 200 cm pikkuseks, kuid ränikarbiidist kristallvarras vaid 2 cm pikkuseks. Lisaks on SiC ise kõva ja habras materjal ning sellest valmistatud vahvlid kalduvad traditsioonilise mehaanilise lõikamise korral servade mõranemisele, mis mõjutab toote saagist ja töökindlust. SiC-aluspinnad erinevad traditsioonilistest räni valuplokkidest väga palju ning ränikarbiidi käsitlemiseks tuleb kõike alates seadmetest, protsessidest ja töötlemisest kuni lõikamiseni välja töötada.
Ränikarbiidi tööstuskett jaguneb peamiselt neljaks peamiseks lüliks: substraat, epitaksia, seadmed ja rakendused. Substraatmaterjalid on tööstusketi alus, epitaksiamaterjalid on seadmete tootmise võti, seadmed on tööstusketi tuum ja rakendused on tööstusliku arengu liikumapanev jõud. Ülesvoolu tööstus kasutab toorainet substraatmaterjalide valmistamiseks füüsikalise auru sublimatsiooni meetodite ja muude meetodite abil ning seejärel kasutab keemilise auru sadestamise meetodeid ja muid meetodeid epitaksiamaterjalide kasvatamiseks. Keskvoolu tööstus kasutab ülesvoolu materjale raadiosageduslike seadmete, jõuseadmete ja muude seadmete valmistamiseks, mida lõpuks kasutatakse allavoolu 5G kommunikatsioonis, elektriautodes, raudteetranspordis jne. Nende hulgas moodustavad substraat ja epitaksia 60% tööstusketi maksumusest ja on tööstusketi peamine väärtus.
SiC-aluspind: SiC-kristalle toodetakse tavaliselt Lely meetodil. Rahvusvahelised peavoolutooted lähevad üle 4-tollistelt 6-tollistele ja välja on töötatud 8-tollised juhtivad aluspinnatooted. Kodumaised aluspinnad on peamiselt 4-tollised. Kuna olemasolevaid 6-tolliste räniplaatide tootmisliine saab täiustada ja ümber ehitada SiC-seadmete tootmiseks, säilib 6-tolliste SiC-aluspindade suur turuosa pikaks ajaks.
Ränikarbiidi substraadi protsess on keeruline ja raskesti toodetav. Ränikarbiidi substraat on ühendpooljuhtmaterjali monokristall, mis koosneb kahest elemendist: süsinikust ja ränist. Praegu kasutab tööstus ränikarbiidi pulbri sünteesimiseks toorainena peamiselt kõrge puhtusastmega süsinikupulbrit ja kõrge puhtusastmega ränipulbrit. Spetsiaalse temperatuurivälja all kristallikasvatusahjus kasvatatakse erineva suurusega ränikarbiidi küpse füüsikalise auruülekande meetodil (PVT-meetod). Lõpuks töödeldakse, lõigatakse, jahvatatakse, poleeritakse, puhastatakse ja tehakse mitmeid muid protsesse, et saada ränikarbiidi substraat.
Postituse aeg: 22. mai 2024