Erdieroaleen lehen belaunaldia silizio (Si) eta germanio (Ge) tradizionalak dira, zirkuitu integratuen fabrikazioaren oinarri direnak. Oso erabiliak dira tentsio baxuko, maiztasun baxuko eta potentzia baxuko transistore eta detektagailuetan. Erdieroaleen produktuen % 90 baino gehiago siliziozko materialekin eginda daude;
Bigarren belaunaldiko erdieroale materialak galio arseniuroak (GaAs), indio fosfuroak (InP) eta galio fosfuroak (GaP) ordezkatzen dituzte. Silizioan oinarritutako gailuekin alderatuta, maiztasun handiko eta abiadura handiko propietate optoelektronikoak dituzte eta oso erabiliak dira optoelektronika eta mikroelektronika arloetan.
Hirugarren belaunaldiko material erdieroaleak silizio karburoa (SiC), galio nitruroa (GaN), zink oxidoa (ZnO), diamantea (C) eta aluminio nitruroa (AlN) bezalako material emergenteek ordezkatzen dituzte.
Silizio karburoaHirugarren belaunaldiko erdieroaleen industriaren garapenerako oinarrizko material garrantzitsua da. Silizio karburozko potentzia-gailuek potentzia-sistemen eraginkortasun handiko, miniaturizazioko eta arintasuneko eskakizunak modu eraginkorrean bete ditzakete, tentsio handiko erresistentzia bikainarekin, tenperatura altuko erresistentziarekin, galera txikiarekin eta beste propietate batzuekin.
Bere propietate fisiko bikainak direla eta: banda-tarte handia (matxura-eremu elektriko handiari eta potentzia-dentsitate handiari dagokiona), eroankortasun elektriko handia eta eroankortasun termiko handia, etorkizunean txip erdieroaleak egiteko oinarrizko material erabiliena izatea espero da. Batez ere energia-ibilgailu berrien, energia fotovoltaikoaren sorkuntzaren, trenbide-garraioaren, sare adimendunen eta beste arlo batzuen arloetan, abantaila nabarmenak ditu.
SiC ekoizpen prozesua hiru urrats nagusitan banatzen da: SiC kristal bakarreko hazkuntza, geruza epitaxialaren hazkuntza eta gailuen fabrikazioa, eta horiek industria-katearen lau lotura nagusiei dagozkie:substratu, epitaxia, gailuak eta moduluak.
Substratuak fabrikatzeko metodo nagusiak lehenik lurrun-sublimazio fisikoaren metodoa erabiltzen du hautsa tenperatura altuko huts-ingurune batean sublimatzeko, eta silizio karburozko kristalak hazteko kristal-haziaren gainazalean tenperatura-eremu baten kontrolaren bidez. Silizio karburozko oblea substratu gisa erabiliz, lurrun-deposizio kimikoa erabiltzen da kristal bakarreko geruza bat oblean uzteko, oblea epitaxial bat osatzeko. Horien artean, silizio karburozko geruza epitaxial bat silizio karburozko substratu eroale batean haztea potentzia-gailuak bihur daiteke, eta horiek batez ere ibilgailu elektrikoetan, fotovoltaikoetan eta beste arlo batzuetan erabiltzen dira; galio nitrurozko geruza epitaxial bat erdi-isolatzaile batean haztea...silizio karburo substratuairrati-maiztasuneko gailu bihur daitezke, 5G komunikazioetan eta beste arlo batzuetan erabiliak.
Oraingoz, silizio karburozko substratuek dituzte oztopo tekniko handienak silizio karburoaren industria-katean, eta silizio karburozko substratuak dira ekoizten zailenak.
SiC-ren ekoizpen-lepoa ez da guztiz konpondu, eta lehengai kristal-zutabeen kalitatea ezegonkorra da eta etekin-arazo bat dago, eta horrek SiC gailuen kostu handia dakar. Batez beste, 3 egun besterik ez ditu behar siliziozko materiala kristal-haga batean hazteko, baina astebete behar da silizio karburozko kristal-haga batentzat. Oro har, siliziozko kristal-haga batek 200 cm-ko luzera izan dezake, baina silizio karburozko kristal-haga batek 2 cm-ko luzera baino ezin du izan. Gainera, SiC bera material gogorra eta hauskorra da, eta berarekin egindako obleak ertzak xehatzeko joera dute ohiko ebaketa mekanikoa erabiltzean, eta horrek produktuaren errendimenduan eta fidagarritasunean eragina du. SiC substratuak oso desberdinak dira siliziozko lingote tradizionaletatik, eta ekipamendutik, prozesuetatik, prozesamendutik ebaketaraino dena garatu behar da silizio karburoa maneiatzeko.
Silizio karburoaren industria-katea lau lotura nagusitan banatzen da batez ere: substratua, epitaxia, gailuak eta aplikazioak. Substratu-materialak dira industria-katearen oinarria, material epitaxialak gailuen fabrikazioaren gakoa, gailuak industria-katearen muina dira, eta aplikazioak industria-garapenaren eragile nagusiak dira. Goiko industriak lehengaiak erabiltzen ditu substratu-materialak egiteko lurrun-sublimazio fisikoaren metodoen eta beste metodo batzuen bidez, eta ondoren lurrun-deposizio kimikoaren metodoak eta beste metodo batzuk erabiltzen ditu material epitaxialak hazteko. Erdialdeko industriak goiko materialak erabiltzen ditu irrati-maiztasuneko gailuak, potentzia-gailuak eta beste gailu batzuk egiteko, eta azken finean, 5G komunikazioetan, ibilgailu elektrikoetan, trenbide-garraioan eta abarretan erabiltzen dira. Horien artean, substratuak eta epitaxiak industria-katearen kostuaren % 60 osatzen dute eta industria-katearen balio nagusia dira.
SiC substratua: SiC kristalak normalean Lely metodoa erabiliz fabrikatzen dira. Nazioarteko produktu nagusiak 4 hazbetetik 6 hazbeterako trantsizioan ari dira, eta 8 hazbeteko substratu eroaleak garatu dira. Bertako substratuak batez ere 4 hazbetekoak dira. 6 hazbeteko siliziozko obleen ekoizpen-lerroak SiC gailuak ekoizteko berritu eta eraldatu daitezkeenez, 6 hazbeteko SiC substratuen merkatu-kuota handia denbora luzez mantenduko da.
Silizio karburo substratuaren prozesua konplexua eta zaila da ekoizten. Silizio karburo substratua bi elementuz osatutako kristal bakarreko material erdieroale konposatua da: karbonoa eta silizioa. Gaur egun, industriak batez ere karbono hauts purua eta silizio hauts purua erabiltzen ditu lehengai gisa silizio karburo hautsa sintetizatzeko. Tenperatura-eremu berezi baten pean, heldutasun fisikoko lurrun-transmisio metodoa (PVT metodoa) erabiltzen da tamaina desberdinetako silizio karburoa kristal-hazkuntzako labe batean hazteko. Kristal-lingotea azkenik prozesatu, moztu, eho, leundu, garbitu eta beste hainbat prozesutan egiten da silizio karburo substratu bat ekoizteko.
Argitaratze data: 2024ko maiatzaren 22a