Kesulitan teknis ing wafer silikon karbida berkualitas tinggi sing diprodhuksi sacara massal kanthi kinerja stabil kalebu:
1) Amarga kristal kudu tuwuh ing lingkungan sing disegel suhu dhuwur ing ndhuwur 2000°C, syarat kontrol suhu kasebut dhuwur banget;
2) Amarga silikon karbida duwé luwih saka 200 struktur kristal, nanging mung sawetara struktur silikon karbida kristal tunggal sing dadi bahan semikonduktor sing dibutuhake, rasio silikon-karbon, gradien suhu pertumbuhan, lan pertumbuhan kristal kudu dikontrol kanthi tepat sajrone proses pertumbuhan kristal. Parameter kayata kecepatan lan tekanan aliran udara;
3) Ing metode transmisi fase uap, teknologi ekspansi diameter pertumbuhan kristal silikon karbida angel banget;
4) Atose silikon karbida meh padha karo berlian, lan teknik ngethok, nggiling, lan poles iku angel.
Wafer epitaksial SiC: biasane diprodhuksi nganggo metode deposisi uap kimia (CVD). Miturut jinis doping sing beda-beda, wafer kasebut dipérang dadi wafer epitaksial tipe-n lan tipe-p. Hantian Tiancheng lan Dongguan Tianyu domestik wis bisa nyedhiyakake wafer epitaksial SiC 4 inci/6 inci. Kanggo epitaksial SiC, angel dikontrol ing medan voltase dhuwur, lan kualitas epitaksial SiC nduweni pengaruh sing luwih gedhe ing piranti SiC. Kajaba iku, peralatan epitaksial dimonopoli dening papat perusahaan utama ing industri kasebut: Axitron, LPE, TEL lan Nuflare.
Silikon karbida epitaksialWafer nuduhake wafer silikon karbida ing ngendi film kristal tunggal (lapisan epitaksial) kanthi syarat tartamtu lan padha karo kristal substrat ditumbuhake ing substrat silikon karbida asli. Pertumbuhan epitaksial utamane nggunakake peralatan CVD (Chemical Vapor Deposition, ) utawa peralatan MBE (Molecular Beam Epitaxy). Amarga piranti silikon karbida diprodhuksi langsung ing lapisan epitaksial, kualitas lapisan epitaksial langsung mengaruhi kinerja lan hasil piranti kasebut. Nalika kinerja tahan voltase piranti terus mundhak, kekandelan lapisan epitaksial sing cocog dadi luwih kandel lan kontrol dadi luwih angel. Umumé, nalika voltase sekitar 600V, kekandelan lapisan epitaksial sing dibutuhake yaiku sekitar 6 mikron; nalika voltase antarane 1200-1700V, kekandelan lapisan epitaksial sing dibutuhake tekan 10-15 mikron. Yen voltase tekan luwih saka 10.000 volt, kekandelan lapisan epitaksial luwih saka 100 mikron bisa uga dibutuhake. Nalika kekandelan lapisan epitaksial terus mundhak, saya angel ngontrol keseragaman kekandelan lan resistivitas sarta kapadhetan cacat.
Piranti SiC: Ing internasional, SiC SBD lan MOSFET 600~1700V wis diindustrialisasi. Produk utama beroperasi ing tingkat voltase ing ngisor 1200V lan utamane nggunakake kemasan TO. Babagan rega, produk SiC ing pasar internasional regane udakara 5-6 kali luwih dhuwur tinimbang piranti Si. Nanging, rega saya mudhun kanthi tingkat tahunan 10%. Kanthi ekspansi bahan hulu lan produksi piranti ing 2-3 taun sabanjure, pasokan pasar bakal mundhak, sing nyebabake penurunan rega luwih lanjut. Dikarepake nalika rega tekan 2-3 kali lipat saka produk Si, kaluwihan sing digawa dening biaya sistem sing luwih murah lan kinerja sing luwih apik bakal mboko sithik ndorong SiC kanggo ngenggoni ruang pasar piranti Si.
Kemasan tradisional adhedhasar substrat berbasis silikon, dene bahan semikonduktor generasi katelu mbutuhake desain sing anyar. Nggunakake struktur kemasan berbasis silikon tradisional kanggo piranti daya celah pita amba bisa ngenalake masalah lan tantangan anyar sing ana gandhengane karo frekuensi, manajemen termal, lan linuwih. Piranti daya SiC luwih sensitif marang kapasitansi lan induktansi parasit. Dibandhingake karo piranti Si, chip daya SiC duwe kecepatan switching sing luwih cepet, sing bisa nyebabake overshoot, osilasi, tambah kerugian switching, lan malah kerusakan piranti. Kajaba iku, piranti daya SiC beroperasi ing suhu sing luwih dhuwur, sing mbutuhake teknik manajemen termal sing luwih maju.
Maneka warna struktur sing beda-beda wis dikembangake ing babagan kemasan daya semikonduktor celah pita amba. Kemasan modul daya berbasis Si tradisional wis ora cocog maneh. Kanggo ngatasi masalah parameter parasit sing dhuwur lan efisiensi disipasi panas sing kurang saka kemasan modul daya berbasis Si tradisional, kemasan modul daya SiC nggunakake interkoneksi nirkabel lan teknologi pendinginan sisih ganda ing strukture, lan uga nggunakake bahan substrat kanthi konduktivitas termal sing luwih apik, lan nyoba nggabungake kapasitor decoupling, sensor suhu/arus, lan sirkuit drive menyang struktur modul, lan ngembangake macem-macem teknologi kemasan modul sing beda-beda. Kajaba iku, ana alangan teknis sing dhuwur kanggo manufaktur piranti SiC lan biaya produksi sing dhuwur.
Piranti silikon karbida diprodhuksi kanthi nyelehake lapisan epitaksial ing substrat silikon karbida liwat CVD. Proses kasebut kalebu pembersihan, oksidasi, fotolitografi, etsa, pengupasan fotoresist, implantasi ion, pengendapan uap kimia silikon nitrida, polesan, sputtering, lan langkah-langkah pangolahan sabanjure kanggo mbentuk struktur piranti ing substrat kristal tunggal SiC. Jinis utama piranti daya SiC kalebu dioda SiC, transistor SiC, lan modul daya SiC. Amarga faktor-faktor kayata kecepatan produksi bahan hulu sing alon lan tingkat hasil sing kurang, piranti silikon karbida duwe biaya manufaktur sing relatif dhuwur.
Kajaba iku, manufaktur piranti silikon karbida nduweni sawetara kesulitan teknis:
1) Perlu ngembangake proses tartamtu sing konsisten karo karakteristik bahan silikon karbida. Contone: SiC nduweni titik leleh sing dhuwur, sing ndadekake difusi termal tradisional ora efektif. Perlu nggunakake metode doping implantasi ion lan ngontrol parameter kanthi akurat kayata suhu, laju pemanasan, durasi, lan aliran gas; SiC ora inert kanggo pelarut kimia. Metode kayata etsa garing kudu digunakake, lan bahan masker, campuran gas, kontrol lereng dinding samping, laju etsa, kekasaran dinding samping, lan liya-liyane kudu dioptimalake lan dikembangake;
2) Pabrikasi elektroda logam ing wafer silikon karbida mbutuhake resistensi kontak ing ngisor 10-5Ω2. Bahan elektroda sing memenuhi syarat, Ni lan Al, duwe stabilitas termal sing kurang apik ing ndhuwur 100°C, nanging Al/Ni duwe stabilitas termal sing luwih apik. Resistensi spesifik kontak bahan elektroda komposit /W/Au luwih dhuwur 10-3Ω2;
3) SiC nduweni daya potong sing dhuwur, lan kekerasan SiC mung nomer loro sawise berlian, sing ndadekake syarat sing luwih dhuwur kanggo nglereni, nggiling, polesan lan teknologi liyane.
Kajaba iku, piranti daya silikon karbida trench luwih angel digawe. Miturut struktur piranti sing beda-beda, piranti daya silikon karbida bisa dipérang dadi piranti planar lan piranti trench. Piranti daya silikon karbida planar duwe konsistensi unit sing apik lan proses manufaktur sing prasaja, nanging rentan marang efek JFET lan duwe kapasitansi parasit sing dhuwur lan resistensi on-state. Dibandhingake karo piranti planar, piranti daya silikon karbida trench duwe konsistensi unit sing luwih murah lan duwe proses manufaktur sing luwih kompleks. Nanging, struktur trench kondusif kanggo nambah kapadhetan unit piranti lan kurang kamungkinan ngasilake efek JFET, sing migunani kanggo ngrampungake masalah mobilitas saluran. Nduweni sifat sing apik kayata resistensi on cilik, kapasitansi parasit cilik, lan konsumsi energi switching sing sithik. Nduweni kaluwihan biaya lan kinerja sing signifikan lan wis dadi arah utama pangembangan piranti daya silikon karbida. Miturut situs web resmi Rohm, struktur ROHM Gen3 (struktur Trench Gen1) mung 75% saka area chip Gen2 (Plannar2), lan resistensi on struktur ROHM Gen3 suda 50% ing ukuran chip sing padha.
Substrat silikon karbida, epitaksi, front-end, biaya R&D, lan liya-liyane nyumbang 47%, 23%, 19%, 6% lan 5% saka biaya manufaktur piranti silikon karbida.
Pungkasan, kita bakal fokus kanggo ngrusak alangan teknis substrat ing rantai industri silikon karbida.
Proses produksi substrat silikon karbida iku padha karo substrat berbasis silikon, nanging luwih angel.
Proses manufaktur substrat silikon karbida umume kalebu sintesis bahan mentah, pertumbuhan kristal, pangolahan ingot, pemotongan ingot, penggilingan wafer, polesan, pembersihan lan pranala liyane.
Tahap pertumbuhan kristal minangka inti saka kabeh proses, lan langkah iki nemtokake sifat listrik saka substrat silikon karbida.
Bahan silikon karbida angel ditandur ing fase cair ing kahanan normal. Metode pertumbuhan fase uap sing populer ing pasar saiki duwe suhu pertumbuhan ing ndhuwur 2300°C lan mbutuhake kontrol suhu pertumbuhan sing tepat. Kabeh proses operasi meh angel diamati. Kesalahan cilik bakal nyebabake produk scrapping. Dibandhingake, bahan silikon mung mbutuhake 1600℃, sing luwih murah. Nyiapake substrat silikon karbida uga ngadhepi kesulitan kayata pertumbuhan kristal sing alon lan syarat bentuk kristal sing dhuwur. Pertumbuhan wafer silikon karbida mbutuhake wektu udakara 7 nganti 10 dina, dene narik batang silikon mung mbutuhake wektu 2 setengah dina. Kajaba iku, silikon karbida minangka bahan sing atose mung nomer loro sawise berlian. Bakal ilang akeh nalika ngethok, nggiling, lan poles, lan rasio output mung 60%.
Kita ngerti manawa tren iki yaiku nambah ukuran substrat silikon karbida, amarga ukurane terus mundhak, syarat kanggo teknologi ekspansi diameter saya tambah dhuwur. Iki mbutuhake kombinasi saka macem-macem unsur kontrol teknis kanggo entuk pertumbuhan kristal sing iteratif.
Wektu kiriman: 22 Mei 2024