რა ტექნიკური ბარიერები არსებობს სილიციუმის კარბიდის მიმართ?Ⅱ

სტაბილური მუშაობის მქონე მაღალი ხარისხის სილიციუმის კარბიდის ვაფლების სტაბილურად მასობრივი წარმოების ტექნიკური სირთულეები მოიცავს:

1) რადგან კრისტალები უნდა გაიზარდოს 2000°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე დახურულ გარემოში, ტემპერატურის კონტროლის მოთხოვნები უკიდურესად მაღალია;
2) რადგან სილიციუმის კარბიდს 200-ზე მეტი კრისტალური სტრუქტურა აქვს, მაგრამ ერთკრისტალური სილიციუმის კარბიდის მხოლოდ რამდენიმე სტრუქტურაა საჭირო ნახევარგამტარული მასალა, კრისტალის ზრდის პროცესში ზუსტად უნდა კონტროლდებოდეს სილიციუმ-ნახშირბადის თანაფარდობა, ზრდის ტემპერატურის გრადიენტი და კრისტალის ზრდა. ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა სიჩქარე და ჰაერის ნაკადის წნევა;
3) ორთქლის ფაზის გადაცემის მეთოდის შემთხვევაში, სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ზრდის დიამეტრის გაფართოების ტექნოლოგია უკიდურესად რთულია;
4) სილიციუმის კარბიდის სიმტკიცე ალმასის სიმტკიცესთან ახლოსაა და ჭრის, დაფქვისა და გაპრიალების ტექნიკა რთულია.

SiC ეპიტაქსიური ვაფლები: როგორც წესი, დამზადებულია ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) მეთოდით. ​​სხვადასხვა დოპირების ტიპის მიხედვით, ისინი იყოფა n-ტიპის და p-ტიპის ეპიტაქსიურ ვაფლებად. ადგილობრივ Hantian Tiancheng-სა და Dongguan Tianyu-ს უკვე შეუძლიათ 4-დიუმიანი/6-დიუმიანი SiC ეპიტაქსიური ვაფლების მიწოდება. SiC ეპიტაქსიის კონტროლი მაღალი ძაბვის ველში რთულია და SiC ეპიტაქსიის ხარისხი უფრო დიდ გავლენას ახდენს SiC მოწყობილობებზე. გარდა ამისა, ეპიტაქსიური აღჭურვილობის მონოპოლიზაციას ინდუსტრიის ოთხი წამყვანი კომპანია ახორციელებს: Axitron, LPE, TEL და Nuflare.

სილიციუმის კარბიდის ეპიტაქსიურივაფლი ეხება სილიციუმის კარბიდის ვაფლს, რომელშიც გარკვეული მოთხოვნების მქონე და სუბსტრატის კრისტალის იდენტური მონოკრისტალური აპკი (ეპიტაქსიური ფენა) იზრდება ორიგინალ სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატზე. ეპიტაქსიური ზრდა ძირითადად იყენებს CVD (ქიმიური ორთქლის დეპონირების) აღჭურვილობას ან MBE (მოლეკულური სხივური ეპიტაქსიის) აღჭურვილობას. რადგან სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობები პირდაპირ ეპიტაქსიურ ფენაში იწარმოება, ეპიტაქსიური ფენის ხარისხი პირდაპირ გავლენას ახდენს მოწყობილობის მუშაობასა და მოსავლიანობაზე. მოწყობილობის ძაბვისადმი გამძლეობის მაჩვენებლების ზრდასთან ერთად, შესაბამისი ეპიტაქსიური ფენის სისქე უფრო სქელი ხდება და კონტროლი უფრო რთული ხდება. ზოგადად, როდესაც ძაბვა დაახლოებით 600 ვოლტია, საჭირო ეპიტაქსიური ფენის სისქე დაახლოებით 6 მიკრონია; როდესაც ძაბვა 1200-1700 ვოლტს შორისაა, საჭირო ეპიტაქსიური ფენის სისქე 10-15 მიკრონს აღწევს. თუ ძაბვა 10,000 ვოლტზე მეტს აღწევს, შეიძლება საჭირო გახდეს 100 მიკრონზე მეტი ეპიტაქსიური ფენის სისქე. ეპიტაქსიური ფენის სისქის ზრდასთან ერთად, სულ უფრო რთული ხდება სისქის, წინაღობის ერთგვაროვნებისა და დეფექტის სიმკვრივის კონტროლი.

SiC მოწყობილობები: საერთაშორისო დონეზე, 600~1700 ვ SiC SBD და MOSFET ინდუსტრიალიზებულია. ძირითადი პროდუქტები მუშაობენ 1200 ვოლტზე დაბალ ძაბვაზე და ძირითადად იყენებენ TO შეფუთვას. ფასების თვალსაზრისით, საერთაშორისო ბაზარზე SiC პროდუქტების ფასი დაახლოებით 5-6-ჯერ მეტია, ვიდრე მათი Si ანალოგები. თუმცა, ფასები წლიურად 10%-ით მცირდება. მომდევნო 2-3 წლის განმავლობაში ზედა ნაკადის მასალებისა და მოწყობილობების წარმოების გაფართოებასთან ერთად, ბაზრის მიწოდება გაიზრდება, რაც გამოიწვევს ფასების შემდგომ შემცირებას. მოსალოდნელია, რომ როდესაც ფასი Si პროდუქტების ფასზე 2-3-ჯერ გაიზრდება, სისტემის ხარჯების შემცირებით და გაუმჯობესებული მუშაობით მოტანილი უპირატესობები თანდათანობით აიძულებს SiC-ს დაიკავოს Si მოწყობილობების ბაზრის სივრცე.
ტრადიციული შეფუთვა სილიციუმის ბაზაზე დაფუძნებულ სუბსტრატებზეა დაფუძნებული, ხოლო მესამე თაობის ნახევარგამტარული მასალები სრულიად ახალ დიზაინს მოითხოვს. ფართო ზოლის მქონე ენერგომოწყობილობებისთვის ტრადიციული სილიციუმის ბაზაზე შეფუთვის სტრუქტურების გამოყენებამ შეიძლება ახალი პრობლემები და გამოწვევები წარმოშვას სიხშირესთან, თერმულ მართვასთან და საიმედოობასთან დაკავშირებით. SiC ენერგომოწყობილობები უფრო მგრძნობიარეა პარაზიტული ტევადობისა და ინდუქციურობის მიმართ. Si მოწყობილობებთან შედარებით, SiC ენერგოჩიპებს აქვთ უფრო სწრაფი გადართვის სიჩქარე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს გადაჭარბება, რხევები, გადართვის დანაკარგების ზრდა და მოწყობილობის გაუმართაობაც კი. გარდა ამისა, SiC ენერგომოწყობილობები მუშაობენ უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, რაც მოითხოვს უფრო მოწინავე თერმული მართვის ტექნიკას.

ფართო ზოლიანი ნახევარგამტარული სიმძლავრის შეფუთვის სფეროში შემუშავდა სხვადასხვა სტრუქტურა. ტრადიციული Si-ზე დაფუძნებული სიმძლავრის მოდულის შეფუთვა აღარ არის შესაფერისი. ტრადიციული Si-ზე დაფუძნებული სიმძლავრის მოდულის შეფუთვის მაღალი პარაზიტული პარამეტრების და სითბოს გაფრქვევის დაბალი ეფექტურობის პრობლემების გადასაჭრელად, SiC სიმძლავრის მოდულის შეფუთვა თავის სტრუქტურაში იყენებს უკაბელო ურთიერთდაკავშირების და ორმხრივი გაგრილების ტექნოლოგიას, ასევე იყენებს უკეთესი თბოგამტარობის მქონე სუბსტრატის მასალებს და ცდილობს მოდულის სტრუქტურაში ინტეგრირებას გამთიშველი კონდენსატორები, ტემპერატურის/დენის სენსორები და წამყვანი სქემები და შეიმუშავა მოდულის შეფუთვის სხვადასხვა ტექნოლოგია. გარდა ამისა, SiC მოწყობილობების წარმოებას აქვს მაღალი ტექნიკური ბარიერები და წარმოების ხარჯები მაღალია.

სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობები იწარმოება სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატზე ეპიტაქსიალური ფენების CVD-ის მეშვეობით დალექვით. პროცესი მოიცავს გაწმენდას, დაჟანგვას, ფოტოლითოგრაფიას, გრავირებას, ფოტორეზისტის მოცილებას, იონების იმპლანტაციას, სილიციუმის ნიტრიდის ქიმიურ ორთქლის დალექვას, გაპრიალებას, გაფრქვევას და შემდგომ დამუშავების ეტაპებს მოწყობილობის სტრუქტურის SiC მონოკრისტალურ სუბსტრატზე ფორმირებისთვის. SiC ენერგომოწყობილობების ძირითადი ტიპებია SiC დიოდები, SiC ტრანზისტორები და SiC ენერგომოდულები. ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა მასალის წარმოების ნელი სიჩქარე და დაბალი მოსავლიანობის მაჩვენებლები, სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობებს შედარებით მაღალი წარმოების ხარჯები აქვთ.

გარდა ამისა, სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობების წარმოებას გარკვეული ტექნიკური სირთულეები აქვს:

1) აუცილებელია შემუშავდეს სპეციფიკური პროცესი, რომელიც შეესაბამება სილიციუმის კარბიდის მასალების მახასიათებლებს. მაგალითად: SiC-ს აქვს მაღალი დნობის წერტილი, რაც ტრადიციულ თერმულ დიფუზიას არაეფექტურს ხდის. აუცილებელია იონური იმპლანტაციის დოპინგის მეთოდის გამოყენება და ისეთი პარამეტრების ზუსტად კონტროლი, როგორიცაა ტემპერატურა, გაცხელების სიჩქარე, ხანგრძლივობა და გაზის ნაკადი; SiC ინერტულია ქიმიური გამხსნელების მიმართ. უნდა იქნას გამოყენებული ისეთი მეთოდები, როგორიცაა მშრალი გრავირება, ასევე უნდა იყოს ოპტიმიზებული და შემუშავებული ნიღბის მასალები, გაზის ნარევები, გვერდითი კედლების დახრილობის კონტროლი, გრავირების სიჩქარე, გვერდითი კედლების უხეშობა და ა.შ.;
2) სილიციუმის კარბიდის ვაფლებზე ლითონის ელექტროდების დამზადება მოითხოვს 10-5Ω2-ზე ნაკლებ კონტაქტურ წინააღმდეგობას. მოთხოვნებს აკმაყოფილებს Ni და Al ელექტროდის მასალები, რომლებსაც აქვთ დაბალი თერმული სტაბილურობა 100°C-ზე ზემოთ, მაგრამ Al/Ni-ს აქვს უკეთესი თერმული სტაბილურობა. /W/Au კომპოზიტური ელექტროდის მასალის კონტაქტური სპეციფიკური წინააღმდეგობა 10-3Ω2-ით მეტია;
3) SiC-ს ახასიათებს მაღალი ჭრის ცვეთა, ხოლო სიმტკიცით SiC მეორე ადგილზეა მხოლოდ ბრილიანტის შემდეგ, რაც უფრო მაღალ მოთხოვნებს აყენებს ჭრის, დაფქვის, გაპრიალების და სხვა ტექნოლოგიების მიმართ.

გარდა ამისა, თხრილის სილიციუმის კარბიდის ენერგომოწყობილობების წარმოება უფრო რთულია. სხვადასხვა მოწყობილობის სტრუქტურის მიხედვით, სილიციუმის კარბიდის ენერგომოწყობილობები ძირითადად შეიძლება დაიყოს ბრტყელ მოწყობილობებად და თხრილის მოწყობილობებად. ბრტყელ სილიციუმის კარბიდის ენერგომოწყობილობებს აქვთ კარგი ერთეულის თანმიმდევრულობა და მარტივი წარმოების პროცესი, მაგრამ მიდრეკილნი არიან JFET ეფექტისკენ და აქვთ მაღალი პარაზიტული ტევადობა და ჩართვის მდგომარეობის წინააღმდეგობა. ბრტყელ მოწყობილობებთან შედარებით, თხრილის სილიციუმის კარბიდის ენერგომოწყობილობებს აქვთ უფრო დაბალი ერთეულის თანმიმდევრულობა და უფრო რთული წარმოების პროცესი. თუმცა, თხრილის სტრუქტურა ხელს უწყობს მოწყობილობის ერთეულის სიმკვრივის გაზრდას და ნაკლებად სავარაუდოა, რომ გამოიწვიოს JFET ეფექტი, რაც სასარგებლოა არხის მობილობის პრობლემის გადასაჭრელად. მას აქვს შესანიშნავი თვისებები, როგორიცაა მცირე ჩართვის წინააღმდეგობა, მცირე პარაზიტული ტევადობა და დაბალი გადართვის ენერგიის მოხმარება. მას აქვს მნიშვნელოვანი ფასისა და შესრულების უპირატესობები და გახდა სილიციუმის კარბიდის ენერგომოწყობილობების განვითარების ძირითადი მიმართულება. Rohm-ის ოფიციალური ვებსაიტის თანახმად, ROHM Gen3 სტრუქტურა (Gen1 Trench სტრუქტურა) Gen2 (Plannar2) ჩიპის ფართობის მხოლოდ 75%-ს შეადგენს და ROHM Gen3 სტრუქტურის ჩართვის წინააღმდეგობა იმავე ჩიპის ზომის შემთხვევაში 50%-ით მცირდება.

სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის, ეპიტაქსიის, წინა ნაწილის, კვლევისა და განვითარების ხარჯები და სხვა ხარჯები სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობების წარმოების ღირებულების შესაბამისად 47%-ს, 23%-ს, 19%-ს, 6%-ს და 5%-ს შეადგენს.

და ბოლოს, ჩვენ ყურადღებას გავამახვილებთ სილიციუმის კარბიდის ინდუსტრიულ ჯაჭვში სუბსტრატების ტექნიკური ბარიერების დანგრევაზე.

სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების წარმოების პროცესი სილიციუმის ბაზაზე დამზადებული სუბსტრატების წარმოების პროცესი მსგავსია, მაგრამ უფრო რთულია.
სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის წარმოების პროცესი ზოგადად მოიცავს ნედლეულის სინთეზს, კრისტალების ზრდას, ზოდების დამუშავებას, ზოდების ჭრას, ვაფლის დაფქვას, გაპრიალებას, გაწმენდას და სხვა კავშირებს.
კრისტალის ზრდის ეტაპი მთელი პროცესის ბირთვია და ეს ეტაპი განსაზღვრავს სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის ელექტრულ თვისებებს.

სილიციუმის კარბიდის მასალების ნორმალურ პირობებში თხევად ფაზაში გაზრდა რთულია. დღეს ბაზარზე პოპულარული ორთქლის ფაზის ზრდის მეთოდის ზრდის ტემპერატურა 2300°C-ზე მეტია და ზრდის ტემპერატურის ზუსტ კონტროლს მოითხოვს. მთელი ოპერაციული პროცესის დაკვირვება თითქმის შეუძლებელია. მცირე შეცდომაც კი გამოიწვევს პროდუქტის ჯართად გადაქცევას. შედარებისთვის, სილიციუმის მასალებს მხოლოდ 1600℃ სჭირდება, რაც გაცილებით დაბალია. სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების მომზადებას ასევე აწყდება სირთულეები, როგორიცაა კრისტალის ნელი ზრდა და კრისტალური ფორმის მაღალი მოთხოვნები. სილიციუმის კარბიდის ვაფლის ზრდას დაახლოებით 7-10 დღე სჭირდება, ხოლო სილიციუმის ღეროს ამოღებას მხოლოდ 2,5 დღე. გარდა ამისა, სილიციუმის კარბიდი არის მასალა, რომლის სიმტკიცე მეორე ადგილზეა მხოლოდ ბრილიანტის შემდეგ. ის ბევრს კარგავს ჭრის, დაფქვისა და გაპრიალების დროს და გამომავალი კოეფიციენტი მხოლოდ 60%-ია.

ჩვენ ვიცით, რომ ტენდენცია სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების ზომის გაზრდისკენაა მიმართული, რადგან ზომის ზრდასთან ერთად, დიამეტრის გაფართოების ტექნოლოგიის მოთხოვნები სულ უფრო და უფრო იზრდება. კრისტალების განმეორებითი ზრდის მისაღწევად საჭიროა სხვადასხვა ტექნიკური კონტროლის ელემენტების კომბინაცია.