Ensimmäisen sukupolven puolijohdemateriaaleja edustavat perinteinen pii (Si) ja germanium (Ge), jotka ovat integroitujen piirien valmistuksen perusta. Niitä käytetään laajalti pienjännite-, matalataajuis- ja pienitehotransistoreissa ja -ilmaisimissa. Yli 90 % puolijohdetuotteista on valmistettu piipohjaisista materiaaleista;
Toisen sukupolven puolijohdemateriaaleja edustavat galliumarsenidi (GaAs), indiumfosfidi (InP) ja galliumfosfidi (GaP). Piipohjaisiin laitteisiin verrattuna niillä on korkeataajuisia ja nopeita optoelektronisia ominaisuuksia, ja niitä käytetään laajalti optoelektroniikan ja mikroelektroniikan aloilla.
Kolmatta puolijohdemateriaalien sukupolvea edustavat uudet materiaalit, kuten piikarbidi (SiC), galliumnitridi (GaN), sinkkioksidi (ZnO), timantti (C) ja alumiininitridi (AlN).
Piikarbidion tärkeä perusmateriaali kolmannen sukupolven puolijohdeteollisuuden kehitykselle. Piikarbidista valmistetut teholaitteet voivat tehokkaasti täyttää tehoelektroniikkajärjestelmien korkean hyötysuhteen, pienen koon ja keveyden vaatimukset erinomaisen korkean jännitteen kestävyytensä, korkean lämpötilan kestävyytensä, alhaisen häviön ja muiden ominaisuuksiensa ansiosta.
Ylivertaisten fysikaalisten ominaisuuksiensa – suuren energiavälin (joka vastaa voimakasta läpilyöntiä sähkökentässä ja suurta tehotiheyttä), korkean sähkönjohtavuuden ja korkean lämmönjohtavuuden – ansiosta sen odotetaan tulevan tulevaisuudessa eniten käytetyksi perusmateriaaliksi puolijohdesirujen valmistuksessa. Erityisesti uusien energialähteiden, aurinkosähköntuotannon, raideliikenteen, älykkäiden sähköverkkojen ja muiden alojen aloilla sillä on ilmeisiä etuja.
Piikarbidin tuotantoprosessi jaetaan kolmeen päävaiheeseen: piikarbidin yksittäiskiteiden kasvatus, epitaksiaalisen kerroksen kasvatus ja laitteen valmistus, jotka vastaavat teollisuusketjun neljää päälenkkiä:alusta, epitaksian, laitteet ja moduulit.
Substraattien valmistuksen valtavirtamenetelmässä käytetään ensin fysikaalista höyrysublimaatiomenetelmää jauheen sublimoimiseksi korkean lämpötilan tyhjiöympäristössä ja piikarbidikiteiden kasvattamiseksi siemenkiteen pinnalle lämpötilakentän säädön avulla. Käyttämällä piikarbidikiekkoa substraattina, kemiallista höyrypinnoitusta käytetään yksittäiskiteen kerroksen kerrostamiseen kiekolle epitaksiaalisen kiekon muodostamiseksi. Näistä piikarbidiepitaksiaalisen kerroksen kasvattaminen johtavalle piikarbidisubstraatille voidaan valmistaa teholaitteita, joita käytetään pääasiassa sähköajoneuvoissa, aurinkosähkössä ja muilla aloilla; galliumnitridiepitaksiaalisen kerroksen kasvattaminen puolieristävälle...piikarbidisubstraattivoidaan edelleen valmistaa radiotaajuuslaitteiksi, joita käytetään 5G-viestinnässä ja muilla aloilla.
Tällä hetkellä piikarbidisubstraateilla on piikarbiditeollisuusketjussa korkeimmat tekniset esteet, ja piikarbidisubstraatteja on vaikein tuottaa.
Piikarbidin tuotannon pullonkaulaa ei ole täysin ratkaistu, ja raaka-aineen kidepilareiden laatu on epävakaa ja saanto-ongelma on johtanut piikarbidilaitteiden korkeisiin kustannuksiin. Piimateriaalin kasvaminen kidetangoksi kestää keskimäärin vain 3 päivää, mutta piikarbidikidetangon kasvaminen kestää viikon. Yleinen piikidetanko voi kasvaa 200 cm pitkäksi, mutta piikarbidikidetanko vain 2 cm pitkäksi. Lisäksi piikarbidi itsessään on kova ja hauras materiaali, ja siitä valmistetut kiekot ovat alttiita reunojen lohkeamiselle perinteistä mekaanista kiekkojen kuutiointia käytettäessä, mikä vaikuttaa tuotteen saantoon ja luotettavuuteen. Piikarbidi-substraatit eroavat suuresti perinteisistä piiharkoista, ja kaikkea laitteista, prosesseista ja käsittelystä leikkaukseen on kehitettävä piikarbidin käsittelyyn.
Piikarbiditeollisuusketju jakautuu pääasiassa neljään päälinkkiin: substraatti, epitaksiaali, laitteet ja sovellukset. Substraattimateriaalit ovat teollisuusketjun perusta, epitaksiaalimateriaalit ovat avain laitteiden valmistukseen, laitteet ovat teollisuusketjun ydin ja sovellukset ovat teollisen kehityksen liikkeellepaneva voima. Ylävirran teollisuus käyttää raaka-aineita substraattimateriaalien valmistukseen fysikaalisilla höyrysublimaatiomenetelmillä ja muilla menetelmillä, ja sitten käyttää kemiallisia höyrypinnoitusmenetelmiä ja muita menetelmiä epitaksiaalimateriaalien kasvattamiseen. Keskivirran teollisuus käyttää ylävirran materiaaleja radiotaajuuslaitteiden, teholaitteiden ja muiden laitteiden valmistukseen, joita lopulta käytetään alavirran 5G-viestinnässä, sähköajoneuvoissa, raideliikenteessä jne. Näistä substraatti ja epitaksiaali muodostavat 60 % teollisuusketjun kustannuksista ja ovat teollisuusketjun tärkein arvo.
Piikarbidi-alusta: Piikarbidikiteet valmistetaan yleensä Lelyn menetelmällä. Kansainväliset valtavirran tuotteet ovat siirtymässä 4 tuumasta 6 tuumaan, ja 8 tuuman johtavia alustatuotteita on kehitetty. Kotimaiset alustat ovat pääasiassa 4 tuumaa. Koska olemassa olevia 6 tuuman piikiekkojen tuotantolinjoja voidaan päivittää ja muuntaa piikarbidilaitteiden tuotantoon, 6 tuuman piikarbidi-alustajen korkea markkinaosuus säilyy pitkään.
Piikarbidisubstraattiprosessi on monimutkainen ja vaikea tuottaa. Piikarbidisubstraatti on yhdistetty puolijohde-yksikidemateriaali, joka koostuu kahdesta elementistä: hiilestä ja piistä. Tällä hetkellä teollisuus käyttää pääasiassa erittäin puhdasta hiilijauhetta ja erittäin puhdasta piijauhetta raaka-aineina piikarbidijauheen syntetisoimiseksi. Kypsän fysikaalisen höyrynsiirtomenetelmän (PVT-menetelmä) avulla kasvatetaan erikokoisia piikarbideja kiteenkasvatusuunissa erityisessä lämpötilakentässä. Kiteenharkko lopuksi käsitellään, leikataan, jauhetaan, kiillotetaan, puhdistetaan ja suoritetaan useita prosesseja piikarbidisubstraatin tuottamiseksi.
Julkaisun aika: 22.5.2024