Որո՞նք են սիլիցիումի կարբիդի տեխնիկական խոչընդոտները։

Կիսահաղորդչային նյութերի առաջին սերունդը ներկայացված է ավանդական սիլիցիումով (Si) և գերմանիումով (Ge), որոնք ինտեգրալ սխեմաների արտադրության հիմքն են։ Դրանք լայնորեն կիրառվում են ցածր լարման, ցածր հաճախականության և ցածր հզորության տրանզիստորներում և դետեկտորներում։ Կիսահաղորդչային արտադրանքի ավելի քան 90%-ը պատրաստված է սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերից։
Երկրորդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութերը ներկայացված են գալիումի արսենիդով (GaAs), ինդիումի ֆոսֆիդով (InP) և գալիումի ֆոսֆիդով (GaP): Սիլիցիումային սարքերի համեմատ, դրանք ունեն բարձր հաճախականության և բարձր արագության օպտոէլեկտրոնային հատկություններ և լայնորեն կիրառվում են օպտոէլեկտրոնիկայի և միկրոէլեկտրոնիկայի ոլորտներում:
Կիսահաղորդչային նյութերի երրորդ սերունդը ներկայացված է այնպիսի նորահայտ նյութերով, ինչպիսիք են սիլիցիումի կարբիդը (SiC), գալիումի նիտրիդը (GaN), ցինկի օքսիդը (ZnO), ադամանդը (C) և ալյումինի նիտրիդը (AlN):

Սիլիցիումի կարբիդերրորդ սերնդի կիսահաղորդչային արդյունաբերության զարգացման համար կարևոր հիմնական նյութ է: Սիլիցիումի կարբիդային հզորության սարքերը կարող են արդյունավետորեն բավարարել հզորության էլեկտրոնային համակարգերի բարձր արդյունավետության, մանրացման և թեթև քաշի պահանջները՝ իրենց գերազանց բարձր լարման դիմադրության, բարձր ջերմաստիճանի դիմադրության, ցածր կորուստների և այլ հատկությունների շնորհիվ:

Իր գերազանց ֆիզիկական հատկությունների շնորհիվ՝ բարձր արգելակային գոտի (համապատասխանում է բարձր ճեղքման էլեկտրական դաշտին և բարձր հզորության խտությանը), բարձր էլեկտրական հաղորդունակության և բարձր ջերմահաղորդականության, այն, ինչպես սպասվում է, ապագայում կդառնա կիսահաղորդչային չիպեր պատրաստելու ամենատարածված հիմնական նյութը: Հատկապես նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների, ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության, երկաթուղային տրանսպորտի, խելացի ցանցերի և այլ ոլորտներում, այն ունի ակնհայտ առավելություններ:

SiC արտադրության գործընթացը բաժանված է երեք հիմնական քայլի՝ SiC միաբյուրեղի աճեցում, էպիտաքսիալ շերտի աճեցում և սարքերի արտադրություն, որոնք համապատասխանում են արդյունաբերական շղթայի չորս հիմնական օղակներին՝հիմք, էպիտաքսիա, սարքեր և մոդուլներ։

Սուբստրատների արտադրության հիմնական մեթոդը սկզբում օգտագործում է ֆիզիկական գոլորշու սուբլիմացիայի մեթոդը՝ փոշին բարձր ջերմաստիճանի վակուումային միջավայրում սուբլիմացնելու և սիլիցիումի կարբիդի բյուրեղներ աճեցնելու համար սկզբնական բյուրեղի մակերեսին՝ ջերմաստիճանային դաշտի կառավարման միջոցով: Սիլիցիումի կարբիդային վաֆլի որպես սուբստրատ օգտագործելով՝ քիմիական գոլորշու նստեցումն օգտագործվում է վաֆլիի վրա միաբյուրեղի շերտ նստեցնելու համար՝ էպիտաքսիալ վաֆլի ձևավորելու համար: Դրանցից են՝ սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիալ շերտը հաղորդիչ սիլիցիումի կարբիդային սուբստրատի վրա աճեցնելը, որը կարող է օգտագործվել էլեկտրական սարքերի համար, որոնք հիմնականում օգտագործվում են էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում, ֆոտովոլտային և այլ ոլորտներում. գալիումի նիտրիդային էպիտաքսիալ շերտի աճեցումը կիսամեկուսիչ նյութի վրա:սիլիցիումի կարբիդային հիմքկարող են հետագայում վերածվել ռադիոհաճախականության սարքերի, որոնք օգտագործվում են 5G կապի և այլ ոլորտներում։

Առայժմ սիլիցիումի կարբիդային հիմքերն ունեն ամենաբարձր տեխնիկական խոչընդոտները սիլիցիումի կարբիդի արդյունաբերության շղթայում, և սիլիցիումի կարբիդային հիմքերն ամենադժվարն են արտադրելու համար։

SiC-ի արտադրության խոչընդոտը լիովին լուծված չէ, և հումքի բյուրեղային սյուների որակը անկայուն է, և կա բերքատվության խնդիր, ինչը հանգեցնում է SiC սարքերի բարձր գնի: Սիլիցիումային նյութից բյուրեղային ձողի վերածվելու համար միջինում պահանջվում է ընդամենը 3 օր, մինչդեռ սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղային ձողի համար՝ մեկ շաբաթ: Սովորական սիլիցիումային բյուրեղային ձողը կարող է աճել 200 սմ երկարությամբ, բայց սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղային ձողը կարող է աճել ընդամենը 2 սմ երկարությամբ: Ավելին, SiC-ն ինքնին կոշտ և փխրուն նյութ է, և դրանից պատրաստված թիթեղները հակված են եզրերի ճաքերի, երբ օգտագործվում են ավանդական մեխանիկական կտրման թիթեղների կտրատման մեթոդներ, ինչը ազդում է արտադրանքի բերքատվության և հուսալիության վրա: SiC հիմքերը շատ տարբերվում են ավանդական սիլիցիումային ձուլակտորներից, և սարքավորումներից, գործընթացներից, մշակումից մինչև կտրում ամեն ինչ պետք է մշակվի սիլիցիումի կարբիդի հետ աշխատելու համար:

Սիլիցիումի կարբիդի արդյունաբերական շղթան հիմնականում բաժանված է չորս հիմնական օղակների՝ հիմք, էպիտաքսիա, սարքեր և կիրառություններ: Հիմքի նյութերը արդյունաբերական շղթայի հիմքն են, էպիտաքսիալ նյութերը՝ սարքերի արտադրության բանալին, սարքերը՝ արդյունաբերական շղթայի միջուկը, իսկ կիրառությունները՝ արդյունաբերական զարգացման շարժիչ ուժը: Վերին հոսանքի արդյունաբերությունը հումք է օգտագործում հիմքային նյութեր արտադրելու համար՝ ֆիզիկական գոլորշու սուբլիմացիայի մեթոդների և այլ մեթոդների միջոցով, ապա օգտագործում է քիմիական գոլորշու նստեցման մեթոդներ և այլ մեթոդներ՝ էպիտաքսիալ նյութեր աճեցնելու համար: Միջին հոսանքի արդյունաբերությունը վերին հոսանքի նյութեր է օգտագործում ռադիոհաճախականության սարքեր, էլեկտրական սարքեր և այլ սարքեր արտադրելու համար, որոնք, ի վերջո, օգտագործվում են ներքևի հոսանքի 5G հաղորդակցություններում, էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում, երկաթուղային տրանսպորտում և այլն: Դրանց թվում են հիմքը և էպիտաքսիան, որոնք կազմում են արդյունաբերական շղթայի արժեքի 60%-ը և արդյունաբերական շղթայի հիմնական արժեքն են:

SiC հիմք. SiC բյուրեղները սովորաբար արտադրվում են Լելի մեթոդով: Միջազգային հիմնական արտադրանքը 4 դյույմից անցնում է 6 դյույմի, և մշակվել են 8 դյույմանոց հաղորդիչ հիմքեր: Տեղական հիմքերը հիմնականում 4 դյույմանոց են: Քանի որ առկա 6 դյույմանոց սիլիկոնային վաֆլի արտադրական գծերը կարող են արդիականացվել և վերափոխվել SiC սարքեր արտադրելու համար, 6 դյույմանոց SiC հիմքերի բարձր շուկայական մասնաբաժինը կպահպանվի երկար ժամանակ:

Սիլիցիումի կարբիդային հիմքի ստացման գործընթացը բարդ է և դժվար արտադրվող։ Սիլիցիումի կարբիդային հիմքը բարդ կիսահաղորդչային միաբյուրեղային նյութ է, որը կազմված է երկու տարրերից՝ ածխածնից և սիլիցիումից։ Ներկայումս արդյունաբերությունը հիմնականում օգտագործում է բարձր մաքրության ածխածնի փոշի և բարձր մաքրության սիլիցիումի փոշի որպես հումք՝ սիլիցիումի կարբիդի փոշի սինթեզելու համար։ Հատուկ ջերմաստիճանային դաշտում հասուն ֆիզիկական գոլորշիների փոխանցման մեթոդը (PVT մեթոդ) օգտագործվում է բյուրեղների աճեցման վառարանում տարբեր չափերի սիլիցիումի կարբիդ աճեցնելու համար։ Բյուրեղային ձուլակտորը վերջնականապես մշակվում, կտրվում, մանրացվում, հղկվում, մաքրվում և ենթարկվում է այլ բազմակի գործընթացների՝ սիլիցիումի կարբիդային հիմք ստանալու համար։