Fyrsta kynslóð hálfleiðaraefna er hefðbundið kísill (Si) og germaníum (Ge), sem eru grunnurinn að framleiðslu samþættra hringrása. Þau eru mikið notuð í lágspennu-, lágtíðni- og lágafls smára og skynjara. Meira en 90% af hálfleiðurum eru úr kísillefnum;
Önnur kynslóð hálfleiðaraefna samanstendur af gallíumarseníði (GaAs), indíumfosfíði (InP) og gallíumfosfíði (GaP). Í samanburði við sílikon-byggð tæki hafa þau hátíðni og hraða ljósfræðilega eiginleika og eru mikið notuð á sviði ljósfræðilegrar rafeindatækni og örrafeindatækni.
Þriðja kynslóð hálfleiðaraefna samanstendur af nýjum efnum eins og kísillkarbíði (SiC), gallíumnítríði (GaN), sinkoxíði (ZnO), demanti (C) og álnítríði (AlN).
Kísilkarbíðer mikilvægt grunnefni fyrir þróun þriðju kynslóðar hálfleiðaraiðnaðar. Kísilkarbíð raftæki geta á áhrifaríkan hátt uppfyllt kröfur rafeindakerfa um mikla afköst, smækkun og léttleika með framúrskarandi háspennuþoli, háhitaþoli, litlu tapi og öðrum eiginleikum.
Vegna framúrskarandi eðliseiginleika þess: mikils bandbils (sem samsvarar miklu bili í rafsviði og mikilli aflþéttleika), mikillar rafleiðni og mikillar varmaleiðni, er búist við að það verði mest notaða grunnefnið til að framleiða hálfleiðaraflísar í framtíðinni. Sérstaklega á sviði nýrra orkutækja, sólarorkuframleiðslu, járnbrautarsamgangna, snjallneta og annarra sviða hefur það augljósa kosti.
Framleiðsluferlið fyrir SiC skiptist í þrjú meginstig: vöxt SiC eins kristalla, vöxt epitaxial lags og framleiðslu tækja, sem samsvara fjórum megintenglum iðnaðarkeðjunnar:undirlag, epitaxía, tæki og einingar.
Algengasta aðferðin við framleiðslu á undirlögum notar fyrst gufuútfellingu með eðlisfræðilegri gufuþurrkun til að þurrka duftið í háhita lofttæmisumhverfi og rækta kísilkarbíðkristalla á yfirborði frækristallsins með því að stjórna hitastigssviði. Með því að nota kísilkarbíðskífu sem undirlag er efnafræðileg gufuútfelling notuð til að setja lag af einum kristal á skífuna til að mynda epitaxial skífu. Meðal þeirra er ræktun epitaxiallags kísilkarbíðs á leiðandi kísilkarbíðundirlagi sem hægt er að búa til í raftæki, sem eru aðallega notuð í rafmagnsbílum, sólarorku og öðrum sviðum; ræktun epitaxiallags gallíumnítríðs á hálfeinangrandi...kísilkarbíð undirlaggeta frekar verið gerðar í útvarpsbylgjutæki, notuð í 5G samskiptum og öðrum sviðum.
Í bili eru kísilkarbíð undirlag með hæstu tæknilegu hindranirnar í kísilkarbíð iðnaðarkeðjunni, og kísilkarbíð undirlag eru erfiðust í framleiðslu.
Framleiðsluvandamál SiC hafa ekki verið að fullu leyst, gæði hráefnisins í kristalsúlunum eru óstöðug og það er vandamál með afköst, sem leiðir til mikils kostnaðar við SiC tæki. Það tekur aðeins að meðaltali 3 daga fyrir kísilefni að vaxa í kristalstöng, en það tekur viku fyrir kísilkarbíð kristalstöng. Algeng kísilkristallstöng getur orðið 200 cm löng, en kísilkarbíð kristalstöng getur aðeins orðið 2 cm löng. Þar að auki er SiC sjálft hart og brothætt efni, og skífur úr því eru viðkvæmar fyrir brúnaflögnun þegar notaðar eru hefðbundnar vélrænar skífuskurðir, sem hefur áhrif á afköst og áreiðanleika vörunnar. SiC undirlag er mjög frábrugðið hefðbundnum kísilstöngum, og allt frá búnaði, ferlum, vinnslu til skurðar þarf að vera þróað til að meðhöndla kísilkarbíð.
Iðnaðarkeðjan fyrir kísilkarbíð skiptist aðallega í fjóra meginþætti: undirlag, epitaxí, tæki og notkun. Undirlagsefni eru grunnurinn að iðnaðarkeðjunni, epitaxísk efni eru lykillinn að framleiðslu tækja, tæki eru kjarninn í iðnaðarkeðjunni og notkun er drifkrafturinn að iðnaðarþróun. Uppstreymisiðnaðurinn notar hráefni til að framleiða undirlagsefni með gufuútfellingaraðferðum og öðrum aðferðum, og notar síðan efnafræðilega gufuútfellingaraðferðir og aðrar aðferðir til að rækta epitaxísk efni. Miðstraumsiðnaðurinn notar uppstreymisefni til að framleiða útvarpsbylgjutæki, aflgjafa og önnur tæki, sem að lokum eru notuð í niðurstreymis 5G samskiptum, rafknúnum ökutækjum, járnbrautarsamgöngum o.s.frv. Meðal þeirra eru undirlag og epitaxí 60% af kostnaði iðnaðarkeðjunnar og eru aðalvirði iðnaðarkeðjunnar.
SiC undirlag: SiC kristallar eru venjulega framleiddir með Lely aðferðinni. Alþjóðlegar helstu vörur eru að færast úr 4 tommu í 6 tommur og þróaðar hafa verið 8 tommu leiðandi undirlagsvörur. Innlend undirlag eru aðallega 4 tommur. Þar sem núverandi 6 tommu framleiðslulínur fyrir kísilplötur er hægt að uppfæra og umbreyta til að framleiða SiC tæki, mun há markaðshlutdeild 6 tommu SiC undirlaga viðhaldast í langan tíma.
Framleiðsluferlið á kísilkarbíði undirlagi er flókið og erfitt. Kísilkarbíði undirlagið er samsett hálfleiðara einkristallsefni sem samanstendur af tveimur frumefnum: kolefni og sílikoni. Eins og er notar iðnaðurinn aðallega hágæða kolefnisduft og hágæða kísilduft sem hráefni til að mynda kísilkarbíðiduft. Undir sérstöku hitastigi er notuð þroskuð eðlisfræðileg gufuflutningsaðferð (PVT aðferð) til að rækta kísilkarbíð af mismunandi stærðum í kristalvaxtarofni. Kristalstöngin er að lokum unnin, skorin, slípuð, pússuð, hreinsuð og önnur margvísleg ferli til að framleiða kísilkarbíði undirlagið.
Birtingartími: 22. maí 2024