De technyske swierrichheden by it stabyl massaal produsearjen fan silisiumkarbidwafers fan hege kwaliteit mei stabile prestaasjes omfetsje:
1) Omdat kristallen moatte groeie yn in fersegele omjouwing mei hege temperatuer boppe 2000 °C, binne de easken foar temperatuerkontrôle ekstreem heech;
2) Omdat silisiumkarbid mear as 200 kristalstrukturen hat, mar mar in pear strukturen fan ienkristal silisiumkarbid de fereaske healgeleidermaterialen binne, moatte de silisium-oant-koalstofferhâlding, groeitemperatuergradiënt en kristalgroei presys kontroleare wurde tidens it kristalgroeiproses. Parameters lykas snelheid en loftstreamdruk;
3) Under de dampfaze-oerdrachtmetoade is de diameter-útwreidingstechnology fan silisiumkarbidkristalgroei ekstreem lestich;
4) De hurdens fan silisiumkarbid is ticht by dy fan diamant, en snij-, slyp- en polijsttechniken binne lestich.
SiC epitaksiale wafers: meastentiids produsearre troch de gemyske dampôfsettingsmetoade (CVD). Neffens ferskate dopingtypen wurde se ferdield yn n-type en p-type epitaksiale wafers. De binnenlânske bedriuwen Hantian Tiancheng en Dongguan Tianyu kinne al 4-inch/6-inch SiC epitaksiale wafers leverje. Foar SiC-epitaksy is it lestich te kontrolearjen yn it hege spanningsfjild, en de kwaliteit fan SiC-epitaksy hat in gruttere ynfloed op SiC-apparaten. Boppedat wurdt epitaksiale apparatuer monopolisearre troch de fjouwer liedende bedriuwen yn 'e yndustry: Axitron, LPE, TEL en Nuflare.
Silisiumkarbid epitaksiaalWafer ferwiist nei in silisiumkarbidwafer wêryn in ienkristalfilm (epitaksiale laach) mei bepaalde easken en itselde as it substraatkristal groeid wurdt op it orizjinele silisiumkarbidsubstraat. Epitaksiale groei brûkt benammen CVD (Chemical Vapor Deposition,) apparatuer of MBE (Molecular Beam Epitaxy) apparatuer. Om't silisiumkarbidapparaten direkt yn 'e epitaksiale laach produsearre wurde, beynfloedet de kwaliteit fan 'e epitaksiale laach direkt de prestaasjes en opbringst fan it apparaat. As de spanningsbestindichheidsprestaasjes fan it apparaat trochgiet mei tanimmen, wurdt de dikte fan 'e oerienkommende epitaksiale laach dikker en wurdt de kontrôle dreger. Yn 't algemien, as de spanning om de 600V hinne is, is de fereaske epitaksiale laachdikte sawat 6 mikron; as de spanning tusken 1200-1700V leit, berikt de fereaske epitaksiale laachdikte 10-15 mikron. As de spanning mear as 10.000 volt berikt, kin in epitaksiale laachdikte fan mear as 100 mikron fereaske wêze. As de dikte fan 'e epitaksiale laach trochgiet mei tanimmen, wurdt it hieltyd dreger om de dikte en wjerstânsuniformiteit en defekttichtens te kontrolearjen.
SiC-apparaten: Ynternasjonaal binne 600~1700V SiC SBD en MOSFET yndustrialisearre. De mainstream produkten wurkje op spanningsnivo's ûnder 1200V en brûke benammen TO-ferpakking. Wat prizen oanbelanget, binne SiC-produkten op 'e ynternasjonale merk sawat 5-6 kear heger as har Si-tsjinhingers. De prizen sakje lykwols mei in jierlikse taryf fan 10%. Mei de útwreiding fan upstream materialen en apparaatproduksje yn 'e kommende 2-3 jier sil it merkoanbod tanimme, wat sil liede ta fierdere priisferlegingen. Der wurdt ferwachte dat as de priis 2-3 kear dy fan Si-produkten berikt, de foardielen dy't brocht wurde troch ferlege systeemkosten en ferbettere prestaasjes stadichoan SiC sille oansette om de merkromte fan Si-apparaten yn te nimmen.
Tradisjonele ferpakking is basearre op substraten op basis fan silisium, wylst healgeleidermaterialen fan 'e tredde generaasje in folslein nij ûntwerp fereaskje. It brûken fan tradisjonele ferpakkingsstrukturen op basis fan silisium foar apparaten mei in brede bânkloof kin nije problemen en útdagings meibringe oangeande frekwinsje, termysk behear en betrouberens. SiC-krêftapparaten binne gefoeliger foar parasitêre kapasitansje en induktânsje. Yn ferliking mei Si-apparaten hawwe SiC-krêftchips hegere skeakelsnelheden, wat kin liede ta oersjitten, oscillaasje, ferhege skeakelferliezen en sels apparaatstoringen. Derneist wurkje SiC-krêftapparaten by hegere temperatueren, wêrtroch't mear avansearre termysk beheartechniken nedich binne.
In ferskaat oan ferskillende struktueren binne ûntwikkele op it mêd fan wide-bandgap healgeleider-krêftferpakking. Tradisjonele Si-basearre krêftmoduleferpakking is net mear geskikt. Om de problemen fan hege parasitêre parameters en minne waarmteôffiereffisjinsje fan tradisjonele Si-basearre krêftmoduleferpakking op te lossen, brûkt SiC-krêftmoduleferpakking draadloze ynterferbining en dûbelsidige koeltechnology yn har struktuer, en brûkt ek substraatmaterialen mei bettere termyske gelieding, en besocht ûntkoppelingskondensatoren, temperatuer-/stroomsensors en oandriuwcircuits yn 'e modulestruktuer te yntegrearjen, en ûntwikkele in ferskaat oan ferskillende moduleferpakkingstechnologyen. Derneist binne d'r hege technyske barriêres foar de produksje fan SiC-apparaten en binne de produksjekosten heech.
Silisiumkarbid-apparaten wurde produsearre troch it ôfsetten fan epitaksiale lagen op in silisiumkarbid-substraat fia CVD. It proses omfettet skjinmeitsjen, oksidaasje, fotolitografy, etsen, strippen fan fotoresist, ionymplantaasje, gemyske dampôfsetting fan silisiumnitride, polyskjen, sputterjen, en neifolgjende ferwurkingstappen om de apparaatstruktuer te foarmjen op it SiC-ienkristal-substraat. Wichtigste soarten SiC-krêftapparaten omfetsje SiC-diodes, SiC-transistors en SiC-krêftmodules. Fanwegen faktoaren lykas stadige upstream-materiaalproduksjesnelheid en lege opbringstsifers hawwe silisiumkarbid-apparaten relatyf hege produksjekosten.
Derneist hat de produksje fan silisiumkarbide apparaten bepaalde technyske swierrichheden:
1) It is needsaaklik om in spesifyk proses te ûntwikkeljen dat oerienkomt mei de skaaimerken fan silisiumkarbidmaterialen. Bygelyks: SiC hat in heech smeltpunt, wêrtroch tradisjonele termyske diffúzje ineffektyf is. It is needsaaklik om de dopingmetoade foar ionimplantaasje te brûken en parameters lykas temperatuer, ferwaarmingssnelheid, doer en gasstream sekuer te kontrolearjen; SiC is inert foar gemyske oplosmiddels. Metoaden lykas droech etsen moatte brûkt wurde, en maskermaterialen, gasmingsels, kontrôle fan sydwandhelling, etssnelheid, sydwandrûchheid, ensfh. moatte optimalisearre en ûntwikkele wurde;
2) De fabrikaazje fan metalen elektroden op silisiumkarbidwafers fereasket in kontaktwjerstân ûnder 10-5Ω2. De elektrodematerialen dy't oan de easken foldogge, Ni en Al, hawwe in minne termyske stabiliteit boppe 100 °C, mar Al/Ni hat in bettere termyske stabiliteit. De kontaktspesifike wjerstân fan /W/Au gearstald elektrodemateriaal is 10-3Ω2 heger;
3) SiC hat hege snijwearde, en de hurdens fan SiC is allinich twadde nei diamant, wat hegere easken stelt foar snijden, slypjen, polyskjen en oare technologyen.
Boppedat binne trench-silisiumkarbid-krêftapparaten dreger te meitsjen. Neffens ferskate apparaatstruktueren kinne silisiumkarbid-krêftapparaten benammen wurde ferdield yn planêre apparaten en trench-apparaten. Planêre silisiumkarbid-krêftapparaten hawwe in goede ienheidskonsistinsje en in ienfâldich produksjeproses, mar binne gefoelich foar it JFET-effekt en hawwe in hege parasitêre kapasitans en oan-steat-wjerstân. Yn ferliking mei planêre apparaten hawwe trench-silisiumkarbid-krêftapparaten in legere ienheidskonsistinsje en in komplekser produksjeproses. De trenchstruktuer is lykwols geunstich foar it fergrutsjen fan 'e ienheidsdichtheid fan it apparaat en produseart minder faak it JFET-effekt, wat foardielich is foar it oplossen fan it probleem fan kanaalmobiliteit. It hat poerbêste eigenskippen lykas in lytse oan-wjerstân, in lytse parasitêre kapasitans en in leech skeakelenerzjyferbrûk. It hat wichtige kosten- en prestaasjesfoardielen en is de mainstreamrjochting wurden fan 'e ûntwikkeling fan silisiumkarbid-krêftapparaten. Neffens de offisjele webside fan Rohm is de ROHM Gen3-struktuer (Gen1 Trench-struktuer) mar 75% fan it Gen2 (Plannar2) chipgebiet, en de oan-wjerstân fan 'e ROHM Gen3-struktuer wurdt mei 50% fermindere ûnder deselde chipgrutte.
Silisiumkarbidsubstraat, epitaksy, front-end, R&D-útjeften en oaren binne respektivelik goed foar 47%, 23%, 19%, 6% en 5% fan 'e produksjekosten fan silisiumkarbidapparaten.
Uteinlik sille wy ús rjochtsje op it ôfbrekken fan 'e technyske barriêres fan substraten yn 'e silisiumkarbidyndustryketen.
It produksjeproses fan silisiumkarbidsubstraten is fergelykber mei dat fan silisiumbasearre substraten, mar dreger.
It produksjeproses fan silisiumkarbidsubstraat omfettet oer it algemien rau materiaalsynteze, kristalgroei, ingotferwurking, ingotsnijden, waferslypjen, polyskjen, skjinmeitsjen en oare keppelings.
De kristalgroeistadium is de kearn fan it heule proses, en dizze stap bepaalt de elektryske eigenskippen fan it silisiumkarbidsubstraat.
Silisiumkarbidmaterialen binne ûnder normale omstannichheden lestich te groeien yn 'e floeibere faze. De groeimetoade yn 'e dampfaze, dy't hjoed de dei populêr is op 'e merk, hat in groeitemperatuer boppe 2300 °C en fereasket krekte kontrôle fan 'e groeitemperatuer. It heule operaasjeproses is hast lestich te observearjen. In lytse flater sil liede ta it slopen fan it produkt. Yn ferliking hawwe silisiummaterialen mar 1600 ℃ nedich, wat folle leger is. It tarieden fan silisiumkarbidsubstraten hat ek te krijen mei swierrichheden lykas stadige kristalgroei en hege easken foar kristalfoarm. De groei fan silisiumkarbidwafers duorret sawat 7 oant 10 dagen, wylst it lûken fan silisiumstangen mar 2,5 dagen duorret. Boppedat is silisiumkarbid in materiaal wêrfan de hurdens allinich twadde is nei diamant. It sil in protte ferlieze by it snijden, slypjen en polijsten, en de útfierferhâlding is mar 60%.
Wy witte dat de trend is om de grutte fan silisiumkarbidsubstraten te fergrutsjen, en om't de grutte trochgiet mei tanimmen, wurde de easken foar diameterútwreidingstechnology hieltyd heger. It fereasket in kombinaasje fan ferskate technyske kontrôle-eleminten om iterative groei fan kristallen te berikken.
Pleatsingstiid: 22 maaie 2024