A primeira xeración de materiais semicondutores está representada polo silicio (Si) e o xermanio (Ge) tradicionais, que son a base da fabricación de circuítos integrados. Úsanse amplamente en transistores e detectores de baixa tensión, baixa frecuencia e baixa potencia. Máis do 90 % dos produtos semicondutores están feitos de materiais a base de silicio;
Os materiais semicondutores de segunda xeración están representados polo arseniuro de galio (GaAs), o fosfuro de indio (InP) e o fosfuro de galio (GaP). En comparación cos dispositivos baseados en silicio, teñen propiedades optoelectrónicas de alta frecuencia e alta velocidade e son amplamente utilizados nos campos da optoelectrónica e a microelectrónica.
A terceira xeración de materiais semicondutores está representada por materiais emerxentes como o carburo de silicio (SiC), o nitruro de galio (GaN), o óxido de zinc (ZnO), o diamante (C) e o nitruro de aluminio (AlN).
carburo de silicioé un material básico importante para o desenvolvemento da industria dos semicondutores de terceira xeración. Os dispositivos de potencia de carburo de silicio poden cumprir eficazmente os requisitos de alta eficiencia, miniaturización e lixeireza dos sistemas electrónicos de potencia coa súa excelente resistencia a alta tensión, alta resistencia á temperatura, baixas perdas e outras propiedades.
Debido ás súas propiedades físicas superiores: alta banda prohibida (correspondente a un campo eléctrico de ruptura elevado e unha densidade de potencia elevada), alta condutividade eléctrica e alta condutividade térmica, espérase que se converta no material básico máis utilizado para a fabricación de chips semicondutores no futuro. Especialmente nos campos dos vehículos de novas enerxías, a xeración de enerxía fotovoltaica, o transporte ferroviario, as redes intelixentes e outros campos, ten vantaxes obvias.
O proceso de produción de SiC divídese en tres pasos principais: crecemento de monocristais de SiC, crecemento de capas epitaxiales e fabricación de dispositivos, que corresponden aos catro elos principais da cadea industrial:substrato, epitaxia, dispositivos e módulos.
O método principal de fabricación de substratos emprega primeiro o método de sublimación física de vapor para sublimar o po nun ambiente de baleiro a alta temperatura e cultivar cristais de carburo de silicio na superficie do cristal semente mediante o control dun campo de temperatura. Usando unha oblea de carburo de silicio como substrato, utilízase a deposición química de vapor para depositar unha capa de monocristal na oblea para formar unha oblea epitaxial. Entre eles, o cultivo dunha capa epitaxial de carburo de silicio sobre un substrato condutor de carburo de silicio pode converterse en dispositivos de enerxía, que se usan principalmente en vehículos eléctricos, fotovoltaica e outros campos; o cultivo dunha capa epitaxial de nitruro de galio sobre un semiaïllantesubstrato de carburo de siliciopoden converterse ademais en dispositivos de radiofrecuencia, empregados en comunicacións 5G e outros campos.
Polo de agora, os substratos de carburo de silicio presentan as maiores barreiras técnicas na cadea industrial do carburo de silicio, e os substratos de carburo de silicio son os máis difíciles de producir.
O colo de botella na produción de SiC non se resolveu por completo, e a calidade dos piares de cristal da materia prima é inestable e existe un problema de rendemento, o que leva ao alto custo dos dispositivos de SiC. O material de silicio só tarda unha media de 3 días en converterse nunha vara de cristal, pero unha vara de cristal de carburo de silicio tarda unha semana. Unha vara de cristal de silicio xeral pode medrar ata os 200 cm de longo, pero unha vara de cristal de carburo de silicio só pode medrar ata os 2 cm de longo. Ademais, o SiC en si é un material duro e fráxil, e as obleas feitas con el son propensas a lascas nos bordos cando se usa o corte mecánico tradicional de obleas, o que afecta o rendemento e a fiabilidade do produto. Os substratos de SiC son moi diferentes dos lingotes de silicio tradicionais, e todo, desde o equipo, os procesos, o procesamento ata o corte, debe desenvolverse para manexar o carburo de silicio.
A cadea industrial do carburo de silicio divídese principalmente en catro elos principais: substrato, epitaxia, dispositivos e aplicacións. Os materiais de substrato son a base da cadea industrial, os materiais epitaxiais son a clave para a fabricación de dispositivos, os dispositivos son o núcleo da cadea industrial e as aplicacións son a forza impulsora do desenvolvemento industrial. A industria augas arriba utiliza materias primas para fabricar materiais de substrato mediante métodos de sublimación física de vapor e outros métodos, e despois utiliza métodos de deposición química de vapor e outros métodos para cultivar materiais epitaxiais. A industria media utiliza materiais augas arriba para fabricar dispositivos de radiofrecuencia, dispositivos de alimentación e outros dispositivos, que finalmente se utilizan en comunicacións 5G augas abaixo, vehículos eléctricos, transporte ferroviario, etc. Entre eles, o substrato e a epitaxia representan o 60 % do custo da cadea industrial e son o principal valor da cadea industrial.
Substrato de SiC: Os cristais de SiC adoitan fabricarse co método Lely. Os produtos convencionais internacionais están a pasar de 4 polgadas a 6 polgadas e desenvolvéronse produtos de substrato condutor de 8 polgadas. Os substratos nacionais son principalmente de 4 polgadas. Dado que as liñas de produción de obleas de silicio de 6 polgadas existentes poden actualizarse e transformarse para producir dispositivos de SiC, a alta cota de mercado dos substratos de SiC de 6 polgadas manterase durante moito tempo.
O proceso do substrato de carburo de silicio é complexo e difícil de producir. O substrato de carburo de silicio é un material monocristalino semicondutor composto composto por dous elementos: carbono e silicio. Na actualidade, a industria utiliza principalmente po de carbono de alta pureza e po de silicio de alta pureza como materias primas para sintetizar po de carburo de silicio. Baixo un campo de temperatura especial, o método de transmisión física de vapor maduro (método PVT) utilízase para cultivar carburo de silicio de diferentes tamaños nun forno de crecemento de cristais. O lingote de cristal finalmente procésase, córtase, moese, púese, límpase e realízase outros procesos múltiples para producir un substrato de carburo de silicio.
Data de publicación: 22 de maio de 2024