Generasi pertama material semikonduktor diwakili oleh silikon (Si) dan germanium (Ge) tradisional, yang merupakan dasar untuk pembuatan sirkuit terpadu. Material ini banyak digunakan dalam transistor dan detektor tegangan rendah, frekuensi rendah, dan daya rendah. Lebih dari 90% produk semikonduktor terbuat dari material berbasis silikon;
Material semikonduktor generasi kedua diwakili oleh galium arsenida (GaAs), indium fosfida (InP), dan galium fosfida (GaP). Dibandingkan dengan perangkat berbasis silikon, material ini memiliki sifat optoelektronik frekuensi tinggi dan kecepatan tinggi serta banyak digunakan di bidang optoelektronik dan mikroelektronik.
Generasi ketiga material semikonduktor diwakili oleh material-material baru seperti silikon karbida (SiC), galium nitrida (GaN), seng oksida (ZnO), intan (C), dan aluminium nitrida (AlN).
Silikon karbidaSilikon karbida merupakan material dasar penting untuk pengembangan industri semikonduktor generasi ketiga. Perangkat daya silikon karbida dapat secara efektif memenuhi persyaratan efisiensi tinggi, miniaturisasi, dan bobot ringan dari sistem elektronika daya dengan ketahanan tegangan tinggi yang sangat baik, ketahanan suhu tinggi, kerugian rendah, dan sifat-sifat lainnya.
Karena sifat fisikanya yang unggul: celah pita energi yang tinggi (sesuai dengan medan listrik tembus yang tinggi dan kepadatan daya yang tinggi), konduktivitas listrik yang tinggi, dan konduktivitas termal yang tinggi, material ini diharapkan menjadi material dasar yang paling banyak digunakan untuk pembuatan chip semikonduktor di masa depan. Terutama di bidang kendaraan energi baru, pembangkit listrik fotovoltaik, transportasi kereta api, jaringan listrik pintar, dan bidang lainnya, material ini memiliki keunggulan yang jelas.
Proses produksi SiC dibagi menjadi tiga langkah utama: pertumbuhan kristal tunggal SiC, pertumbuhan lapisan epitaksial, dan pembuatan perangkat, yang sesuai dengan empat mata rantai utama dalam industri ini:substrat, epitaksi, perangkat dan modul.
Metode utama pembuatan substrat pertama-tama menggunakan metode sublimasi uap fisik untuk menyublimasikan bubuk dalam lingkungan vakum suhu tinggi, dan menumbuhkan kristal silikon karbida pada permukaan kristal benih melalui kontrol medan suhu. Dengan menggunakan wafer silikon karbida sebagai substrat, deposisi uap kimia digunakan untuk mengendapkan lapisan kristal tunggal pada wafer untuk membentuk wafer epitaksial. Di antaranya, menumbuhkan lapisan epitaksial silikon karbida pada substrat silikon karbida konduktif dapat dibuat menjadi perangkat daya, yang terutama digunakan dalam kendaraan listrik, fotovoltaik, dan bidang lainnya; menumbuhkan lapisan epitaksial galium nitrida pada substrat semi-isolasisubstrat silikon karbidadapat diolah lebih lanjut menjadi perangkat frekuensi radio, yang digunakan dalam komunikasi 5G dan bidang lainnya.
Saat ini, substrat silikon karbida memiliki hambatan teknis tertinggi dalam rantai industri silikon karbida, dan substrat silikon karbida adalah yang paling sulit diproduksi.
Kendala produksi SiC belum sepenuhnya teratasi, dan kualitas pilar kristal bahan baku tidak stabil serta terdapat masalah hasil produksi, yang menyebabkan biaya perangkat SiC menjadi tinggi. Rata-rata hanya dibutuhkan 3 hari untuk menumbuhkan material silikon menjadi batang kristal, tetapi dibutuhkan satu minggu untuk batang kristal silikon karbida. Batang kristal silikon pada umumnya dapat tumbuh sepanjang 200 cm, tetapi batang kristal silikon karbida hanya dapat tumbuh sepanjang 2 cm. Selain itu, SiC sendiri merupakan material yang keras dan rapuh, dan wafer yang terbuat darinya rentan terhadap pengelupasan tepi saat menggunakan pemotongan wafer mekanis tradisional, yang memengaruhi hasil produksi dan keandalan produk. Substrat SiC sangat berbeda dari ingot silikon tradisional, dan segala hal mulai dari peralatan, proses, pengolahan hingga pemotongan perlu dikembangkan untuk menangani silikon karbida.
Rantai industri silikon karbida terutama terbagi menjadi empat mata rantai utama: substrat, epitaksi, perangkat, dan aplikasi. Material substrat merupakan fondasi rantai industri, material epitaksi adalah kunci pembuatan perangkat, perangkat merupakan inti dari rantai industri, dan aplikasi merupakan penggerak utama pengembangan industri. Industri hulu menggunakan bahan baku untuk membuat material substrat melalui metode sublimasi uap fisik dan metode lainnya, kemudian menggunakan metode deposisi uap kimia dan metode lainnya untuk menumbuhkan material epitaksi. Industri tengah menggunakan material hulu untuk membuat perangkat frekuensi radio, perangkat daya, dan perangkat lainnya, yang pada akhirnya digunakan dalam komunikasi 5G hilir, kendaraan listrik, transportasi kereta api, dll. Di antara keempat mata rantai tersebut, substrat dan epitaksi menyumbang 60% dari biaya rantai industri dan merupakan nilai utama dari rantai industri.
Substrat SiC: Kristal SiC biasanya diproduksi menggunakan metode Lely. Produk utama internasional sedang beralih dari 4 inci ke 6 inci, dan produk substrat konduktif 8 inci telah dikembangkan. Substrat domestik sebagian besar berukuran 4 inci. Karena lini produksi wafer silikon 6 inci yang ada dapat ditingkatkan dan diubah untuk memproduksi perangkat SiC, pangsa pasar substrat SiC 6 inci yang tinggi akan dipertahankan untuk waktu yang lama.
Proses pembuatan substrat silikon karbida sangat kompleks dan sulit. Substrat silikon karbida adalah material kristal tunggal semikonduktor senyawa yang terdiri dari dua unsur: karbon dan silikon. Saat ini, industri terutama menggunakan bubuk karbon murni dan bubuk silikon murni sebagai bahan baku untuk mensintesis bubuk silikon karbida. Di bawah medan suhu khusus, metode transmisi uap fisik (metode PVT) yang sudah mapan digunakan untuk menumbuhkan silikon karbida dengan berbagai ukuran dalam tungku pertumbuhan kristal. Batang kristal tersebut akhirnya diproses, dipotong, digiling, dipoles, dibersihkan, dan berbagai proses lainnya untuk menghasilkan substrat silikon karbida.
Waktu posting: 22 Mei 2024