Жартылай өткізгіш материалдардың бірінші буыны интегралдық микросхемаларды өндірудің негізі болып табылатын дәстүрлі кремний (Si) және германий (Ge) болып табылады. Олар төмен вольтты, төмен жиілікті және төмен қуатты транзисторлар мен детекторларда кеңінен қолданылады. Жартылай өткізгіш өнімдердің 90%-дан астамы кремний негізіндегі материалдардан жасалған;
Екінші буын жартылай өткізгіш материалдары галлий арсениді (GaAs), индий фосфиді (InP) және галлий фосфиді (GaP) болып табылады. Кремний негізіндегі құрылғылармен салыстырғанда, олар жоғары жиілікті және жоғары жылдамдықты оптоэлектрондық қасиеттерге ие және оптоэлектроника мен микроэлектроника салаларында кеңінен қолданылады.
Жартылай өткізгіш материалдардың үшінші буыны кремний карбиді (SiC), галлий нитриді (GaN), мырыш оксиді (ZnO), алмас (C) және алюминий нитриді (AlN) сияқты жаңадан пайда болған материалдармен ұсынылған.
Кремний карбидіүшінші буын жартылай өткізгіштер өнеркәсібін дамыту үшін маңызды негізгі материал болып табылады. Кремний карбидті қуат құрылғылары жоғары вольтты кедергісі, жоғары температураға төзімділігі, төмен шығыны және басқа да қасиеттерімен қуатты электрондық жүйелердің жоғары тиімділігі, миниатюризациясы және жеңілдігі талаптарын тиімді түрде қанағаттандыра алады.
Жоғары физикалық қасиеттеріне байланысты: жоғары тыйым салынған аймақ (жоғары тесілу электр өрісі мен жоғары қуат тығыздығына сәйкес келеді), жоғары электр өткізгіштігі және жоғары жылу өткізгіштігі, болашақта жартылай өткізгіш чиптерді жасау үшін ең кең таралған негізгі материалға айналады деп күтілуде. Әсіресе жаңа энергия көліктері, фотоэлектрлік электр энергиясын өндіру, теміржол транзиті, ақылды желілер және басқа да салаларда оның айқын артықшылықтары бар.
SiC өндіріс процесі үш негізгі кезеңге бөлінеді: SiC монокристаллдарының өсуі, эпитаксиалды қабаттың өсуі және құрылғы өндірісі, олар өнеркәсіптік тізбектің төрт негізгі буынына сәйкес келеді:субстрат, эпитаксия, құрылғылар және модульдер.
Субстраттарды өндірудің негізгі әдісі алдымен ұнтақты жоғары температуралы вакуумдық ортада сублимациялау үшін физикалық бу сублимация әдісін қолданады және температура өрісін басқару арқылы тұқым кристалының бетінде кремний карбиді кристалдарын өсіреді. Субстрат ретінде кремний карбиді пластинасын пайдаланып, химиялық бу тұндыру пластинаға монокристалл қабатын түсіріп, эпитаксиалды пластина түзеді. Олардың ішінде өткізгіш кремний карбиді субстратында кремний карбиді эпитаксиалды қабатын өсіру негізінен электр құрылғыларына айналуы мүмкін, олар негізінен электр көліктерінде, фотоэлектрлік және басқа да салаларда қолданылады; жартылай оқшаулағышта галлий нитриді эпитаксиалды қабатын өсірукремний карбидінің негізіодан әрі 5G байланысында және басқа да салаларда қолданылатын радиожиілік құрылғыларына айналдырылуы мүмкін.
Қазіргі уақытта кремний карбиді негіздері кремний карбиді өнеркәсібі тізбегінде ең жоғары техникалық кедергілерге ие, ал кремний карбиді негіздерін өндіру ең қиын болып табылады.
SiC өндірісінің тарылуы толығымен шешілген жоқ, шикізат кристалды бағаналарының сапасы тұрақсыз және өнімділік мәселесі бар, бұл SiC құрылғыларының қымбаттығына әкеледі. Кремний материалының кристалды өзекке айналуы үшін орта есеппен 3 күн ғана қажет, бірақ кремний карбидті кристалды өзекше үшін бір апта қажет. Жалпы кремний кристалды өзекшенің ұзындығы 200 см-ге дейін өсе алады, ал кремний карбидті кристалды өзекшенің ұзындығы 2 см-ге дейін ғана өсе алады. Сонымен қатар, SiC өзі қатты және сынғыш материал болып табылады, ал одан жасалған пластиналар дәстүрлі механикалық кесу пластинасын турау кезінде жиектерінің сынуына бейім, бұл өнімнің өнімділігі мен сенімділігіне әсер етеді. SiC негіздері дәстүрлі кремний құймаларынан өте ерекшеленеді, және кремний карбидін өңдеу үшін жабдықтардан, процестерден, өңдеуден бастап кесуге дейінгі барлық нәрсені әзірлеу қажет.
Кремний карбиді өнеркәсібі тізбегі негізінен төрт негізгі буынға бөлінеді: субстрат, эпитакси, құрылғылар және қолданбалар. Субстрат материалдары салалық тізбектің негізі, эпитаксиалды материалдар құрылғы өндірісінің кілті, құрылғылар салалық тізбектің өзегі, ал қолданбалар өнеркәсіптік дамудың қозғаушы күші болып табылады. Жоғары ағынды өнеркәсіп шикізатты физикалық бу сублимациясы әдістері және басқа әдістер арқылы субстрат материалдарын жасау үшін пайдаланады, содан кейін эпитаксиалды материалдарды өсіру үшін химиялық бу тұндыру әдістері мен басқа әдістерді қолданады. Орта ағынды өнеркәсіп радиожиілік құрылғыларын, қуат құрылғыларын және басқа да құрылғыларды жасау үшін жоғары ағынды материалдарды пайдаланады, олар сайып келгенде төменгі 5G байланысында, электр көліктерінде, теміржол транзитінде және т.б. қолданылады. Олардың ішінде субстрат пен эпитакси салалық тізбек құнының 60%-ын құрайды және салалық тізбектің негізгі құндылығы болып табылады.
SiC негізі: SiC кристалдары әдетте Лели әдісін қолдану арқылы жасалады. Халықаралық негізгі өнімдер 4 дюймнен 6 дюймге ауысуда, ал 8 дюймдік өткізгіш негіз өнімдері жасалды. Отандық негіздер негізінен 4 дюйм. Қолданыстағы 6 дюймдік кремний пластинасын өндіру желілерін SiC құрылғыларын шығару үшін жаңартуға және түрлендіруге болатындықтан, 6 дюймдік SiC негіздерінің жоғары нарықтық үлесі ұзақ уақыт бойы сақталады.
Кремний карбиді субстратының процесі күрделі және оны өндіру қиын. Кремний карбиді субстраты - екі элементтен: көміртектен және кремнийден тұратын құрама жартылай өткізгіш монокристалды материал. Қазіргі уақытта өнеркәсіп негізінен кремний карбиді ұнтағын синтездеу үшін шикізат ретінде жоғары тазалықтағы көміртегі ұнтағы мен жоғары тазалықтағы кремний ұнтағын пайдаланады. Арнайы температура өрісінде кристалды өсіру пешінде әртүрлі өлшемдегі кремний карбидін өсіру үшін жетілген физикалық бу беру әдісі (PVT әдісі) қолданылады. Кремний карбиді субстратын алу үшін кристалды құйма ақырында өңделеді, кесіледі, ұнтақталады, жылтыратылады, тазартылады және басқа да көптеген процестерден өтеді.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 22 мамыр