តើអ្វីទៅជាឧបសគ្គបច្ចេកទេសចំពោះស៊ីលីកុនកាបៃ?Ⅱ

ការលំបាកផ្នែកបច្ចេកទេសក្នុងការផលិតបន្ទះស៊ីលីកុនកាប៊ីតដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងមានដំណើរការមានស្ថេរភាពរួមមាន:

១) ដោយសារគ្រីស្តាល់ត្រូវការលូតលាស់នៅក្នុងបរិយាកាសបិទជិតដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់លើសពី ២០០០អង្សាសេ តម្រូវការគ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាពគឺខ្ពស់ខ្លាំងណាស់។
2) ដោយសារស៊ីលីកុនកាប៊ីតមានរចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់ជាង 200 ប៉ុន្តែមានតែរចនាសម្ព័ន្ធមួយចំនួនតូចប៉ុណ្ណោះនៃស៊ីលីកុនកាប៊ីតគ្រីស្តាល់តែមួយដែលជាសម្ភារៈស៊ីមីកុងដុកទ័រដែលត្រូវការ សមាមាត្រស៊ីលីកុនទៅនឹងកាបូន ជម្រាលសីតុណ្ហភាពលូតលាស់ និងការលូតលាស់គ្រីស្តាល់ត្រូវការគ្រប់គ្រងយ៉ាងច្បាស់លាស់ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការលូតលាស់គ្រីស្តាល់។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រដូចជាល្បឿន និងសម្ពាធលំហូរខ្យល់;
៣) ក្រោមវិធីសាស្ត្របញ្ជូនដំណាក់កាលចំហាយទឹក បច្ចេកវិទ្យាពង្រីកអង្កត់ផ្ចិតនៃការលូតលាស់គ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុនកាប៊ីតគឺពិបាកខ្លាំងណាស់។
៤) ភាពរឹងរបស់ស៊ីលីកុនកាបៃគឺជិតនឹងភាពរឹងរបស់ពេជ្រ ហើយបច្ចេកទេសកាត់ កិន និងប៉ូលាគឺពិបាក។

បន្ទះសៀគ្វី SiC epitaxial៖ ជាធម្មតាផលិតដោយវិធីសាស្ត្រដាក់ចំហាយគីមី (CVD)។ យោងតាមប្រភេទដូបផ្សេងៗគ្នា ពួកវាត្រូវបានបែងចែកជាបន្ទះសៀគ្វីប្រភេទ n និងប្រភេទ p។ ក្រុមហ៊ុនក្នុងស្រុក Hantian Tiancheng និង Dongguan Tianyu អាចផ្គត់ផ្គង់បន្ទះសៀគ្វី SiC epitaxial ទំហំ 4 អ៊ីញ/6 អ៊ីញរួចហើយ។ សម្រាប់បន្ទះសៀគ្វី SiC epitaxial វាពិបាកក្នុងការគ្រប់គ្រងនៅក្នុងវាលវ៉ុលខ្ពស់ ហើយគុណភាពនៃបន្ទះសៀគ្វី SiC epitaxial មានឥទ្ធិពលកាន់តែខ្លាំងទៅលើឧបករណ៍ SiC។ លើសពីនេះ ឧបករណ៍បន្ទះសៀគ្វីត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយក្រុមហ៊ុនឈានមុខគេទាំងបួននៅក្នុងឧស្សាហកម្មនេះ៖ Axitron, LPE, TEL និង Nuflare។

ស៊ីលីកុនកាបៃអេពីតាក់ស៊ីលបន្ទះ​ស៊ីលីកុន​សំដៅ​ទៅលើ​បន្ទះ​ស៊ីលីកុន​កាបូអ៊ីដ ដែល​ខ្សែភាពយន្ត​គ្រីស្តាល់​តែមួយ (ស្រទាប់​អេពីតាស៊ីល) ដែលមានតម្រូវការជាក់លាក់ និងដូចគ្នានឹងគ្រីស្តាល់​ស្រទាប់​ខាងក្រោម​ត្រូវបានដាំដុះ​នៅលើ​ស្រទាប់​ស៊ីលីកុន​កាបូអ៊ីដ​ដើម។ ការលូតលាស់​អេពីតាស៊ីល​ភាគច្រើន​ប្រើ​ឧបករណ៍ CVD (Chemical Vapor Deposition,) ឬ​ឧបករណ៍ MBE (Molecular Beam Epitaxy)។ ដោយសារ​ឧបករណ៍​ស៊ីលីកុន​កាបូអ៊ីដ​ត្រូវបានផលិតដោយផ្ទាល់​នៅក្នុងស្រទាប់​អេពីតាស៊ីល គុណភាព​នៃស្រទាប់​អេពីតាស៊ីល​ប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់​ដល់ដំណើរការ និងទិន្នផល​របស់ឧបករណ៍។ នៅពេលដែល​វ៉ុល​ទប់ទល់នឹង​ដំណើរការ​របស់ឧបករណ៍​បន្តកើនឡើង កម្រាស់​នៃស្រទាប់​អេពីតាស៊ីល​ដែលត្រូវគ្នា​កាន់តែក្រាស់ ហើយការគ្រប់គ្រង​កាន់តែពិបាក។ ជាទូទៅ នៅពេលដែល​វ៉ុល​មានប្រហែល 600V កម្រាស់​ស្រទាប់​អេពីតាស៊ីល​ដែលត្រូវការ​គឺប្រហែល 6 មីក្រូន។ នៅពេលដែល​វ៉ុល​មានចន្លោះពី 1200-1700V កម្រាស់​ស្រទាប់​អេពីតាស៊ីល​ដែលត្រូវការ​ឈានដល់ 10-15 មីក្រូន។ ប្រសិនបើ​វ៉ុល​ឈានដល់​ច្រើនជាង 10,000 វ៉ុល កម្រាស់​ស្រទាប់​អេពីតាស៊ីល​លើសពី 100 មីក្រូន​អាចត្រូវបាន​ទាមទារ។ នៅពេលដែលកម្រាស់នៃស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីលបន្តកើនឡើង វាកាន់តែពិបាកក្នុងការគ្រប់គ្រងកម្រាស់ និងឯកសណ្ឋាននៃភាពធន់ និងដង់ស៊ីតេនៃពិការភាព។

ឧបករណ៍ SiC៖ នៅលើឆាកអន្តរជាតិ SiC SBD និង MOSFET 600~1700V ត្រូវបានឧស្សាហូបនីយកម្ម។ ផលិតផលសំខាន់ៗដំណើរការនៅកម្រិតវ៉ុលក្រោម 1200V ហើយជាចម្បងប្រើប្រាស់ការវេចខ្ចប់ TO។ ទាក់ទងនឹងតម្លៃ ផលិតផល SiC នៅលើទីផ្សារអន្តរជាតិមានតម្លៃខ្ពស់ជាងសមភាគី Si ប្រហែល 5-6 ដង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ តម្លៃកំពុងថយចុះក្នុងអត្រាប្រចាំឆ្នាំ 10%។ ជាមួយនឹងការពង្រីកសម្ភារៈ និងការផលិតឧបករណ៍ក្នុងរយៈពេល 2-3 ឆ្នាំខាងមុខ ការផ្គត់ផ្គង់ទីផ្សារនឹងកើនឡើង ដែលនាំឱ្យមានការបញ្ចុះតម្លៃបន្ថែមទៀត។ គេរំពឹងថា នៅពេលដែលតម្លៃឡើងដល់ 2-3 ដងនៃផលិតផល Si គុណសម្បត្តិដែលនាំមកដោយការចំណាយប្រព័ន្ធថយចុះ និងដំណើរការប្រសើរឡើងនឹងជំរុញឱ្យ SiC កាន់កាប់ទីផ្សារឧបករណ៍ Si បន្តិចម្តងៗ។
ការវេចខ្ចប់បែបប្រពៃណីគឺផ្អែកលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ខណៈពេលដែលសម្ភារៈស៊ីមីកុងដុកទ័រជំនាន់ទីបីតម្រូវឱ្យមានការរចនាថ្មីទាំងស្រុង។ ការប្រើប្រាស់រចនាសម្ព័ន្ធវេចខ្ចប់ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនបែបប្រពៃណីសម្រាប់ឧបករណ៍ថាមពលដែលមានកម្រិតបញ្ជូនធំទូលាយអាចនាំមកនូវបញ្ហា និងបញ្ហាប្រឈមថ្មីៗទាក់ទងនឹងប្រេកង់ ការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ និងភាពជឿជាក់។ ឧបករណ៍ថាមពល SiC មានភាពរសើបជាងចំពោះសមត្ថភាពប៉ារ៉ាស៊ីត និងអាំងឌុចស្យុង។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងឧបករណ៍ Si បន្ទះឈីបថាមពល SiC មានល្បឿនប្តូរលឿនជាងមុន ដែលអាចនាំឱ្យមានការលើសល្បឿន រំញ័រ ការកើនឡើងនៃការខាតបង់ប្តូរ និងសូម្បីតែដំណើរការខុសប្រក្រតីរបស់ឧបករណ៍។ លើសពីនេះ ឧបករណ៍ថាមពល SiC ដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ជាង ដែលតម្រូវឱ្យមានបច្ចេកទេសគ្រប់គ្រងកម្ដៅកម្រិតខ្ពស់ជាង។

រចនាសម្ព័ន្ធផ្សេងៗគ្នាជាច្រើនត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងវិស័យវេចខ្ចប់ថាមពលស៊ីមីកុងដុកទ័រដែលមានចន្លោះប្រហោងធំទូលាយ។ ការវេចខ្ចប់ម៉ូឌុលថាមពលដែលមានមូលដ្ឋានលើ Si បែបប្រពៃណីលែងសមរម្យទៀតហើយ។ ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រប៉ារ៉ាស៊ីតខ្ពស់ និងប្រសិទ្ធភាពរលាយកំដៅមិនល្អនៃការវេចខ្ចប់ម៉ូឌុលថាមពលដែលមានមូលដ្ឋានលើ Si បែបប្រពៃណី ការវេចខ្ចប់ម៉ូឌុលថាមពល SiC ទទួលយកការតភ្ជាប់ឥតខ្សែ និងបច្ចេកវិទ្យាត្រជាក់ទ្វេភាគីនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធរបស់វា ហើយក៏ទទួលយកសម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានចរន្តកំដៅល្អជាង ហើយបានព្យាយាមរួមបញ្ចូលឧបករណ៍ផ្ទុកអគ្គិសនីដាច់ដោយឡែក ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាសីតុណ្ហភាព/ចរន្ត និងសៀគ្វីបើកបរទៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធម៉ូឌុល និងបានបង្កើតបច្ចេកវិទ្យាវេចខ្ចប់ម៉ូឌុលផ្សេងៗគ្នាជាច្រើន។ លើសពីនេះ មានឧបសគ្គបច្ចេកទេសខ្ពស់ចំពោះការផលិតឧបករណ៍ SiC ហើយថ្លៃដើមផលិតកម្មខ្ពស់។

ឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាប៊ីតត្រូវបានផលិតឡើងដោយការដាក់ស្រទាប់អេពីតាស៊ីលនៅលើស្រទាប់ស៊ីលីកុនកាប៊ីតតាមរយៈ CVD។ ដំណើរការនេះពាក់ព័ន្ធនឹងការសម្អាត អុកស៊ីតកម្ម ការធ្វើលីតូក្រាហ្វី ការឆ្លាក់ ការបកស្រទាប់ហ្វូតូរីស ការបញ្ចូលអ៊ីយ៉ុង ការដាក់ចំហាយគីមីនៃស៊ីលីកុននីទ្រីត ការប៉ូលា ការបាញ់ថ្នាំ និងជំហានដំណើរការជាបន្តបន្ទាប់ដើម្បីបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍នៅលើស្រទាប់គ្រីស្តាល់តែមួយ SiC។ ប្រភេទឧបករណ៍ថាមពល SiC សំខាន់ៗរួមមាន ឌីយ៉ូដ SiC ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ SiC និងម៉ូឌុលថាមពល SiC។ ដោយសារតែកត្តាដូចជាល្បឿនផលិតសម្ភារៈឡើងទឹកយឺត និងអត្រាទិន្នផលទាប ឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាប៊ីតមានតម្លៃផលិតកម្មខ្ពស់។

លើសពីនេះ ការផលិតឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាប៊ីតមានការលំបាកផ្នែកបច្ចេកទេសមួយចំនួន៖

១) ចាំបាច់ត្រូវអភិវឌ្ឍដំណើរការជាក់លាក់មួយដែលស្របនឹងលក្ខណៈនៃវត្ថុធាតុស៊ីលីកុនកាបៃ។ ឧទាហរណ៍៖ SiC មានចំណុចរលាយខ្ពស់ ដែលធ្វើឱ្យការសាយភាយកម្ដៅបែបប្រពៃណីគ្មានប្រសិទ្ធភាព។ ចាំបាច់ត្រូវប្រើវិធីសាស្ត្រដូបអ៊ីយ៉ុង និងគ្រប់គ្រងប៉ារ៉ាម៉ែត្រដូចជាសីតុណ្ហភាព អត្រាកំដៅ រយៈពេល និងលំហូរឧស្ម័នឱ្យបានត្រឹមត្រូវ។ SiC គឺអសកម្មចំពោះសារធាតុរំលាយគីមី។ វិធីសាស្ត្រដូចជាការឆ្លាក់ស្ងួតគួរតែត្រូវបានប្រើ ហើយសម្ភារៈរបាំង ល្បាយឧស្ម័ន ការគ្រប់គ្រងជម្រាលជញ្ជាំងចំហៀង អត្រាឆ្លាក់ ភាពរដុបជញ្ជាំងចំហៀង។ល។ គួរតែត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង និងអភិវឌ្ឍ។
២) ការផលិតអេឡិចត្រូតដែកលើបន្ទះស៊ីលីកុនកាប៊ីតតម្រូវឱ្យមានភាពធន់នឹងទំនាក់ទំនងក្រោម 10-5Ω2។ សម្ភារៈអេឡិចត្រូតដែលបំពេញតាមតម្រូវការ Ni និង Al មានស្ថេរភាពកម្ដៅមិនល្អលើសពី 100°C ប៉ុន្តែ Al/Ni មានស្ថេរភាពកម្ដៅល្អជាង។ ភាពធន់នឹងទំនាក់ទំនងជាក់លាក់នៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតសមាសធាតុ /W/Au គឺខ្ពស់ជាង 10-3Ω2;
៣) SiC មានការពាក់កាត់ខ្ពស់ ហើយភាពរឹងរបស់ SiC គឺស្ថិតនៅលំដាប់ទីពីរបន្ទាប់ពីពេជ្រ ដែលបង្ហាញពីតម្រូវការខ្ពស់ជាងសម្រាប់ការកាត់ ការកិន ការប៉ូលា និងបច្ចេកវិទ្យាផ្សេងៗទៀត។

លើសពីនេះ ឧបករណ៍ថាមពលស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ្រាតលេណដ្ឋានពិបាកផលិតជាង។ យោងតាមរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ផ្សេងៗគ្នា ឧបករណ៍ថាមពលស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ្រាតអាចបែងចែកជាចម្បងទៅជាឧបករណ៍រាបស្មើ និងឧបករណ៍លេណដ្ឋាន។ ឧបករណ៍ថាមពលស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ្រាតលេណដ្ឋានមានភាពស៊ីសង្វាក់គ្នាល្អ និងដំណើរការផលិតសាមញ្ញ ប៉ុន្តែងាយនឹងមានឥទ្ធិពល JFET និងមានសមត្ថភាពប៉ារ៉ាស៊ីតខ្ពស់ និងភាពធន់នឹងស្ថានភាពនៅលើ។ បើប្រៀបធៀបជាមួយឧបករណ៍រាបស្មើ ឧបករណ៍ថាមពលស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ្រាតលេណដ្ឋានមានភាពស៊ីសង្វាក់គ្នាទាប និងមានដំណើរការផលិតស្មុគស្មាញជាង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រចនាសម្ព័ន្ធលេណដ្ឋានអំណោយផលដល់ការបង្កើនដង់ស៊ីតេឯកតាឧបករណ៍ ហើយមិនសូវបង្កើតឥទ្ធិពល JFET ដែលមានប្រយោជន៍ក្នុងការដោះស្រាយបញ្ហានៃការចល័តឆានែល។ វាមានលក្ខណៈសម្បត្តិល្អឥតខ្ចោះដូចជាភាពធន់នឹងការបើកតូច សមត្ថភាពប៉ារ៉ាស៊ីតតូច និងការប្រើប្រាស់ថាមពលប្តូរទាប។ វាមានគុណសម្បត្តិថ្លៃដើម និងដំណើរការគួរឱ្យកត់សម្គាល់ ហើយបានក្លាយជាទិសដៅសំខាន់នៃការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍ថាមពលស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ្រាត។ យោងតាមគេហទំព័រផ្លូវការរបស់ Rohm រចនាសម្ព័ន្ធ ROHM Gen3 (រចនាសម្ព័ន្ធលេណដ្ឋាន Gen1) មានត្រឹមតែ 75% នៃផ្ទៃបន្ទះឈីប Gen2 (Plannar2) ប៉ុណ្ណោះ ហើយភាពធន់នឹងការបើករបស់រចនាសម្ព័ន្ធ ROHM Gen3 ត្រូវបានកាត់បន្ថយ 50% ក្រោមទំហំបន្ទះឈីបដូចគ្នា។

ការចំណាយលើស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនកាបៃ ស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ី ផ្នែកខាងមុខ ការស្រាវជ្រាវ និងអភិវឌ្ឍន៍ និងផ្សេងៗទៀតមានចំនួន 47%, 23%, 19%, 6% និង 5% នៃថ្លៃដើមផលិតឧបករណ៍ស៊ីលីកុនកាបៃរៀងៗខ្លួន។

ជាចុងក្រោយ យើងនឹងផ្តោតលើការបំបែករបាំងបច្ចេកទេសនៃស្រទាប់ខាងក្រោមនៅក្នុងខ្សែសង្វាក់ឧស្សាហកម្មស៊ីលីកុនកាប៊ីត។

ដំណើរការផលិតស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនកាបៃគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ប៉ុន្តែពិបាកជាង។
ដំណើរការផលិតស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនកាបៃជាទូទៅរួមមានការសំយោគវត្ថុធាតុដើម ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់ ការកែច្នៃដុំដែក ការកាត់ដុំដែក ការកិនបន្ទះដែក ការប៉ូលា ការសម្អាត និងតំណភ្ជាប់ផ្សេងៗទៀត។
ដំណាក់កាលលូតលាស់គ្រីស្តាល់គឺជាស្នូលនៃដំណើរការទាំងមូល ហើយជំហាននេះកំណត់លក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីនៃស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនកាប៊ីត។

សម្ភារៈស៊ីលីកុនកាប៊ីតពិបាកលូតលាស់ក្នុងដំណាក់កាលរាវក្រោមលក្ខខណ្ឌធម្មតា។ វិធីសាស្ត្រលូតលាស់ដំណាក់កាលចំហាយទឹកដែលពេញនិយមនៅលើទីផ្សារសព្វថ្ងៃនេះមានសីតុណ្ហភាពលូតលាស់លើសពី 2300°C ហើយតម្រូវឱ្យមានការគ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាពលូតលាស់យ៉ាងច្បាស់លាស់។ ដំណើរការប្រតិបត្តិការទាំងមូលស្ទើរតែពិបាកសង្កេត។ កំហុសបន្តិចបន្តួចនឹងនាំឱ្យផលិតផលខូច។ បើប្រៀបធៀប សម្ភារៈស៊ីលីកុនត្រូវការត្រឹមតែ 1600°C ដែលទាបជាងច្រើន។ ការរៀបចំស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនកាប៊ីតក៏ប្រឈមមុខនឹងការលំបាកដូចជាការលូតលាស់គ្រីស្តាល់យឺត និងតម្រូវការទម្រង់គ្រីស្តាល់ខ្ពស់។ ការលូតលាស់បន្ទះស៊ីលីកុនកាប៊ីតចំណាយពេលប្រហែល 7 ទៅ 10 ថ្ងៃ ខណៈពេលដែលការទាញដំបងស៊ីលីកុនចំណាយពេលត្រឹមតែ 2 ថ្ងៃកន្លះប៉ុណ្ណោះ។ លើសពីនេះ ស៊ីលីកុនកាប៊ីតគឺជាសម្ភារៈដែលមានភាពរឹងទីពីរបន្ទាប់ពីពេជ្រ។ វានឹងបាត់បង់ច្រើនក្នុងអំឡុងពេលកាត់ កិន និងប៉ូលា ហើយសមាមាត្រទិន្នផលមានត្រឹមតែ 60% ប៉ុណ្ណោះ។

យើងដឹងថានិន្នាការនេះគឺការបង្កើនទំហំនៃស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនកាប៊ីត នៅពេលដែលទំហំបន្តកើនឡើង តម្រូវការសម្រាប់បច្ចេកវិទ្យាពង្រីកអង្កត់ផ្ចិតកាន់តែខ្ពស់ឡើងៗ។ វាតម្រូវឱ្យមានការរួមបញ្ចូលគ្នានៃធាតុត្រួតពិនិត្យបច្ចេកទេសផ្សេងៗ ដើម្បីសម្រេចបាននូវការលូតលាស់ម្តងហើយម្តងទៀតនៃគ្រីស្តាល់។