Prvu generaciju poluvodičkih materijala predstavljaju tradicionalni silicij (Si) i germanij (Ge), koji su osnova za proizvodnju integriranih krugova. Široko se koriste u tranzistorima i detektorima niskog napona, niske frekvencije i male snage. Više od 90% poluvodičkih proizvoda izrađeno je od materijala na bazi silicija;
Poluvodički materijali druge generacije predstavljeni su galijevim arsenidom (GaAs), indijevim fosfidom (InP) i galijevim fosfidom (GaP). U usporedbi s uređajima na bazi silicija, imaju visokofrekventna i brza optoelektronička svojstva te se široko koriste u područjima optoelektronike i mikroelektronike.
Treću generaciju poluvodičkih materijala predstavljaju novi materijali poput silicijevog karbida (SiC), galijevog nitrida (GaN), cinkovog oksida (ZnO), dijamanta (C) i aluminijevog nitrida (AlN).
Silicijev karbidje važan osnovni materijal za razvoj poluvodičke industrije treće generacije. Silicijev-karbidni energetski uređaji mogu učinkovito zadovoljiti zahtjeve visoke učinkovitosti, minijaturizacije i male težine energetskih elektroničkih sustava svojom izvrsnom otpornošću na visoki napon, otpornosti na visoke temperature, niskim gubicima i drugim svojstvima.
Zbog svojih vrhunskih fizičkih svojstava: visokog energetskog procjepa (što odgovara visokom probojnom električnom polju i visokoj gustoći snage), visoke električne vodljivosti i visoke toplinske vodljivosti, očekuje se da će u budućnosti postati najčešće korišteni osnovni materijal za izradu poluvodičkih čipova. Posebno u područjima novih energetskih vozila, proizvodnje fotonaponske energije, željezničkog prijevoza, pametnih mreža i drugih područja, ima očite prednosti.
Proces proizvodnje SiC-a podijeljen je u tri glavna koraka: rast monokristala SiC-a, rast epitaksijalnog sloja i proizvodnja uređaja, koji odgovaraju četirima glavnim karikama industrijskog lanca:podloga, epitaksija, uređaji i moduli.
Uobičajena metoda proizvodnje supstrata prvo koristi metodu fizičke sublimacije pare za sublimaciju praha u visokotemperaturnom vakuumskom okruženju i uzgoj kristala silicijevog karbida na površini sjemenskog kristala kontrolom temperaturnog polja. Korištenjem pločice silicijevog karbida kao supstrata, kemijsko taloženje pare koristi se za nanošenje sloja monokristala na pločicu kako bi se formirala epitaksijalna pločica. Između ostalog, uzgoj epitaksijalnog sloja silicijevog karbida na vodljivoj podlozi silicijevog karbida može se pretvoriti u energetske uređaje, koji se uglavnom koriste u električnim vozilima, fotonaponskim sustavima i drugim područjima; uzgoj epitaksijalnog sloja galijevog nitrida na poluizolacijskoj podlozisilicij-karbidna podlogamogu se dalje prerađivati u radiofrekvencijske uređaje, koji se koriste u 5G komunikacijama i drugim područjima.
Za sada, silicij-karbidne podloge imaju najveće tehničke barijere u lancu industrije silicij-karbida, a silicij-karbidne podloge je najteže proizvesti.
Usko grlo u proizvodnji SiC-a nije u potpunosti riješeno, a kvaliteta sirovine za kristalne stupove je nestabilna i postoji problem prinosa, što dovodi do visoke cijene SiC uređaja. Silicijski materijal u prosjeku treba samo 3 dana da izraste u kristalnu šipku, dok je za kristalnu šipku silicij-karbida potreban tjedan dana. Opća kristalna šipka silicija može narasti do 200 cm, ali kristalna šipka silicij-karbida može narasti samo do 2 cm. Štoviše, sam SiC je tvrdi i krhki materijal, a pločice izrađene od njega sklone su lomljenju rubova pri tradicionalnom mehaničkom rezanju pločica, što utječe na prinos i pouzdanost proizvoda. SiC podloge se vrlo razlikuju od tradicionalnih silicijskih ingota i sve, od opreme, procesa, obrade do rezanja, potrebno je razviti za rukovanje silicij-karbidom.
Industrijski lanac silicij-karbida uglavnom je podijeljen na četiri glavne karike: podlogu, epitaksiju, uređaje i primjenu. Materijali podloge temelj su industrijskog lanca, epitaksijalni materijali ključ su proizvodnje uređaja, uređaji su jezgra industrijskog lanca, a primjene su pokretačka snaga industrijskog razvoja. Uzvodna industrija koristi sirovine za izradu materijala podloge metodama fizičke sublimacije pare i drugim metodama, a zatim koristi metode kemijskog taloženja pare i druge metode za uzgoj epitaksijalnih materijala. Srednja industrija koristi materijale uzvodno za izradu radiofrekvencijskih uređaja, energetskih uređaja i drugih uređaja, koji se u konačnici koriste u nizvodnim 5G komunikacijama, električnim vozilima, željezničkom prijevozu itd. Među njima, podloga i epitaksija čine 60% troškova industrijskog lanca i glavna su vrijednost industrijskog lanca.
SiC podloga: SiC kristali se obično proizvode Lelyjevom metodom. Međunarodni mainstream proizvodi prelaze s 4 inča na 6 inča, a razvijeni su i proizvodi s vodljivim podlogama od 8 inča. Domaće podloge su uglavnom veličine 4 inča. Budući da se postojeće proizvodne linije silicijskih pločica od 6 inča mogu nadograditi i transformirati za proizvodnju SiC uređaja, visoki tržišni udio SiC podloga od 6 inča održat će se dugo vremena.
Proces proizvodnje silicij-karbidne podloge je složen i težak za proizvodnju. Silicij-karbidna podloga je složeni poluvodički monokristalni materijal sastavljen od dva elementa: ugljika i silicija. Trenutno industrija uglavnom koristi visokočistoću ugljika u prahu i visokočistoću silicija u prahu kao sirovine za sintezu silicij-karbidnog praha. Pod posebnim temperaturnim poljem, metoda zrelog fizičkog prijenosa pare (PVT metoda) koristi se za uzgoj silicij-karbida različitih veličina u peći za rast kristala. Kristalni ingot se na kraju obrađuje, reže, brusi, polira, čisti i provodi se višestruki procesi za proizvodnju silicij-karbidne podloge.
Vrijeme objave: 22. svibnja 2024.