A félvezető anyagok első generációját a hagyományos szilícium (Si) és a germánium (Ge) képviseli, amelyek az integrált áramkörök gyártásának alapját képezik. Széles körben használják őket kisfeszültségű, kisfrekvenciás és kis teljesítményű tranzisztorokban és detektorokban. A félvezető termékek több mint 90%-a szilícium alapú anyagokból készül;
A második generációs félvezető anyagokat a gallium-arzenid (GaAs), az indium-foszfid (InP) és a gallium-foszfid (GaP) képviselik. A szilícium alapú eszközökkel összehasonlítva nagyfrekvenciás és nagysebességű optoelektronikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és széles körben használják őket az optoelektronika és a mikroelektronika területén. ;
A félvezető anyagok harmadik generációját olyan feltörekvő anyagok képviselik, mint a szilícium-karbid (SiC), a gallium-nitrid (GaN), a cink-oxid (ZnO), a gyémánt (C) és az alumínium-nitrid (AlN).
Szilícium-karbidfontos alapanyag a harmadik generációs félvezetőipar fejlődéséhez. A szilícium-karbid teljesítményeszközök hatékonyan tudják kielégíteni a teljesítményelektronikai rendszerek nagy hatásfokú, miniatürizált és könnyű súlyú követelményeit kiváló nagyfeszültségű ellenállásuknak, magas hőmérsékleti ellenállásuknak, alacsony veszteségüknek és egyéb tulajdonságaiknak köszönhetően.
Kiváló fizikai tulajdonságai – nagy sávszélesség (ami nagy letörési elektromos térnek és nagy teljesítménysűrűségnek felel meg), magas elektromos vezetőképessége és magas hővezetőképessége – miatt várhatóan a jövőben a félvezető chipek gyártásának legszélesebb körben használt alapanyagává válik. Különösen az új energiahordozók, a fotovoltaikus energiatermelés, a vasúti közlekedés, az intelligens hálózatok és más területeken mutatnak nyilvánvaló előnyöket.
A SiC előállítási folyamata három fő lépésre oszlik: SiC egykristály növesztése, epitaxiális rétegnövekedés és eszközgyártás, amelyek az ipari lánc négy fő láncszemének felelnek meg:szubsztrát, epitaxia, eszközök és modulok.
A szubsztrátok gyártásának fő módszere először a fizikai gőzszublimációs módszert alkalmazza a por szublimálására magas hőmérsékletű vákuumkörnyezetben, és szilícium-karbid kristályokat növeszt a vetőkristály felületén egy hőmérsékleti mező szabályozásával. Szilícium-karbid ostya szubsztrátként történő felhasználásával kémiai gőzleválasztással egykristály réteget visznek fel a ostyára, így epitaxiális ostyát képezve. Ezek közül a szilícium-karbid epitaxiális réteg vezetőképes szilícium-karbid hordozóra történő növesztése olyan erőeszközökké alakítható, amelyeket főként elektromos járművekben, fotovoltaikus rendszerekben és más területeken használnak; gallium-nitrid epitaxiális réteg növesztése félszigetelő...szilícium-karbid szubsztráttovább alakítható rádiófrekvenciás eszközökké, amelyeket az 5G kommunikációban és más területeken használnak.
Jelenleg a szilícium-karbid hordozók rendelkeznek a legmagasabb technikai akadályokkal a szilícium-karbid iparági láncban, és a szilícium-karbid hordozók előállítása a legnehezebb.
A SiC gyártásának szűk keresztmetszetét még nem sikerült teljesen megoldani, a nyersanyagként használt kristályoszlopok minősége instabil, és hozamproblémák is felmerülnek, ami a SiC eszközök magas költségéhez vezet. A szilíciumanyag átlagosan mindössze 3 napot vesz igénybe, mire kristályrúddá nő, míg egy szilícium-karbid kristályrúdé egy hét. Egy általános szilíciumkristály-rúd 200 cm hosszúra is megnőhet, de egy szilícium-karbid kristályrúd csak 2 cm hosszúra. Ezenkívül maga a SiC kemény és törékeny anyag, és a belőle készült szeletek hajlamosak a szélek lepattogzására a hagyományos mechanikus szeletvágás során, ami befolyásolja a termék hozamát és megbízhatóságát. A SiC hordozók nagyon különböznek a hagyományos szilíciumöntvényektől, és a berendezésektől, eljárásoktól, feldolgozástól a vágásig mindent fejleszteni kell a szilícium-karbid kezelésére.
A szilícium-karbid ipari lánc főként négy fő láncszemre oszlik: szubsztrát, epitaxia, eszközök és alkalmazások. Az aljzatanyagok az ipari lánc alapját képezik, az epitaxiális anyagok az eszközgyártás kulcsát jelentik, az eszközök az ipari lánc magját alkotják, az alkalmazások pedig az ipari fejlődés hajtóerejét jelentik. Az upstream ipar nyersanyagokat használ fel aljzatanyagok előállítására fizikai gőzszublimációs módszerekkel és más módszerekkel, majd kémiai gőzleválasztási módszereket és egyéb módszereket alkalmaz epitaxiális anyagok növesztésére. A midstream ipar upstream anyagokat használ rádiófrekvenciás eszközök, teljesítményeszközök és egyéb eszközök előállítására, amelyeket végül az 5G-s kommunikációban, elektromos járművekben, vasúti közlekedésben stb. használnak. Ezek közül az aljzat és az epitaxia az ipari lánc költségének 60%-át teszi ki, és az ipari lánc fő értékét jelenti.
SiC szubsztrát: A SiC kristályokat általában Lely-módszerrel gyártják. A nemzetközi mainstream termékek mérete 4 hüvelykről 6 hüvelykre áll át, és 8 hüvelykes vezetőképes szubsztrát termékeket is kifejlesztettek. A hazai szubsztrátok főként 4 hüvelykesek. Mivel a meglévő 6 hüvelykes szilícium ostya gyártósorok korszerűsíthetők és átalakíthatók SiC eszközök gyártására, a 6 hüvelykes SiC szubsztrátok magas piaci részesedése hosszú ideig fennmarad.
A szilícium-karbid szubsztrát előállítási folyamata összetett és nehezen előállítható. A szilícium-karbid szubsztrát egy összetett félvezető egykristályos anyag, amely két elemből áll: szénből és szilíciumból. Jelenleg az ipar főként nagy tisztaságú szénport és nagy tisztaságú szilíciumport használ nyersanyagként a szilícium-karbid por szintéziséhez. Egy speciális hőmérsékleti mező alatt az érett fizikai gőzátviteli módszert (PVT módszer) alkalmazzák különböző méretű szilícium-karbid növesztésére egy kristálynövesztő kemencében. A kristályöntvényt végül feldolgozzák, vágják, őrlik, polírozzák, tisztítják és számos más folyamaton keresztül szilícium-karbid szubsztrátot állítanak elő.
Közzététel ideje: 2024. május 22.