Déi éischt Generatioun vu Hallefleitermaterialien gëtt duerch traditionellt Silizium (Si) a Germanium (Ge) vertrueden, déi d'Basis fir d'Fabrikatioun vun integréierte Schaltungen bilden. Si gi wäit verbreet an Nidderspannungs-, Nidderfrequenz- a Low-Power-Transistoren an Detektoren agesat. Méi wéi 90% vun den Hallefleiterprodukter gi vu Materialien op Siliziumbasis hiergestallt;
Déi zweet Generatioun vun Hallefleedermaterialien ginn duerch Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) a Galliumphosphid (GaP) vertrueden. Am Verglach mat Siliziumbaséierten Apparater hunn si héichfrequent an héichgeschwindeg optoelektronesch Eegeschaften a gi wäit verbreet an de Beräicher vun der Optoelektronik a Mikroelektronik benotzt.
Déi drëtt Generatioun vu Hallefleedermaterialien gëtt duerch nei Materialien wéi Siliziumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN), Zinkoxid (ZnO), Diamant (C) an Aluminiumnitrid (AlN) vertrueden.
Siliziumkarbidass e wichtegt Basismaterial fir d'Entwécklung vun der Hallefleederindustrie vun der drëtter Generatioun. Siliziumkarbid-Energiegeräter kënnen d'Ufuerderunge vun der héijer Effizienz, der Miniaturiséierung an dem Gewiicht vun elektronesche Leeschtungssystemer effektiv erfëllen, dank hirem exzellenten Héichspannungswidderstand, hirer héijer Temperaturwidderstandsfäegkeet, hirem niddrege Verloscht an anere Eegeschaften.
Wéinst senge bessere physikalesche Eegeschaften: héijer Bandlück (entsprécht engem héijen Duerchbrochselektresche Feld an enger héijer Leeschtungsdicht), héijer elektrescher Leetfäegkeet an héijer thermescher Leetfäegkeet, gëtt erwaart, datt et an Zukunft dat am meeschte verbreet Basismaterial fir d'Produktioun vu Hallefleiterchips gëtt. Besonnesch an de Beräicher vun neien Energiefahrzeugen, photovoltaescher Energieerzeugung, Schinneverkéier, Smart Grids an anere Beräicher huet et offensichtlech Virdeeler.
De SiC-Produktiounsprozess ass an dräi Haaptschrëtt opgedeelt: SiC-Eenkristallwuesstem, epitaktesch Schichtwuesstem an Apparatherstellung, déi de véier Haaptglieder vun der Industriekette entspriechen:Substrat, Epitaxie, Apparater a Moduler.
Déi allgemeng Method fir Substrater ze produzéieren benotzt als éischt d'physikalesch Dampfsublimatiounsmethod fir de Pulver an engem Héichtemperatur-Vakuumëmfeld ze subliméieren, an Siliziumcarbidkristaller op der Uewerfläch vum Keimkristall duerch d'Kontroll vun engem Temperaturfeld ze wuessen. Mat engem Siliziumcarbidwafer als Substrat gëtt chemesch Dampfoflagerung benotzt fir eng Schicht Eenzelkristall op de Wafer ofzesetzen fir en epitaktischen Wafer ze bilden. Dorënner kann d'Zucht vun enger Siliziumcarbid-Epitaxialschicht op engem leitfäege Siliziumcarbidsubstrat zu Energieversuergungsapparater gemaach ginn, déi haaptsächlech an Elektroautoen, Photovoltaik an anere Beräicher benotzt ginn; d'Zucht vun enger Galliumnitrid-Epitaxialschicht op engem HallefisoléierendenSiliziumkarbid-Substratkënnen weider a Radiofrequenzapparater ëmgewandelt ginn, déi an der 5G-Kommunikatioun an anere Beräicher benotzt ginn.
Fir de Moment hunn Siliziumcarbid-Substrater déi héchst technesch Barrièren an der Siliziumcarbid-Industriekette, an Siliziumcarbid-Substrater sinn am schwéiersten ze produzéieren.
De Produktiounsengepässe vu SiC ass nach net komplett geléist, an d'Qualitéit vun de Kristallpiliere vum Rohmaterial ass onstabil an et gëtt e Rendementsproblem, wat zu den héije Käschte vu SiC-Komponenten féiert. Et dauert am Duerchschnëtt nëmmen 3 Deeg, fir datt Siliziummaterial zu enger Kristallstaaft wiisst, awer et dauert eng Woch fir eng Siliziumcarbid-Kristallstaaft. Eng allgemeng Silizium-Kristallstaaft kann 200 cm laang ginn, awer eng Siliziumcarbid-Kristallstaaft kann nëmmen 2 cm laang ginn. Ausserdeem ass SiC selwer e haart a bréchegt Material, an d'Waferen, déi doraus hiergestallt ginn, si bei traditionellem mechanesche Schneide-Wafer-Würfelen ufälleg fir Kantenabsplitterungen, wat d'Produktrendement an d'Zouverlässegkeet beaflosst. SiC-Substrater ënnerscheede sech ganz vun traditionelle Siliziumbarren, an alles, vun Ausrüstung, Prozesser, Veraarbechtung bis Schneiden, muss entwéckelt ginn, fir Siliziumcarbid ze handhaben.
D'Siliziumkarbidindustriekette ass haaptsächlech a véier Haaptglieder opgedeelt: Substrat, Epitaxie, Apparater an Uwendungen. Substratmaterialien sinn d'Grondlag vun der Industriekette, epitaxesch Materialien sinn de Schlëssel fir d'Produktioun vun Apparater, Apparater sinn de Kär vun der Industriekette, an Uwendungen sinn d'Treiwkraaft fir d'industriell Entwécklung. Déi Upstream-Industrie benotzt Réimaterialien fir Substratmaterialien duerch physikalesch Dampfsublimatiounsmethoden an aner Methoden ze maachen, an dann benotzt chemesch Dampfoflagerungsmethoden an aner Methoden fir epitaxesch Materialien ze wuessen. Déi Midstream-Industrie benotzt Upstream-Materialien fir Radiofrequenzapparater, Stroumapparater an aner Apparater ze maachen, déi letztendlech an Downstream-5G-Kommunikatioun, Elektroautoen, Schinneverkéier, etc. benotzt ginn. Dorënner maachen Substrat an Epitaxie 60% vun de Käschte vun der Industriekette aus a stellen den Haaptwäert vun der Industriekette duer.
SiC-Substrat: SiC-Kristaller ginn normalerweis mat der Lely-Method hiergestallt. International Mainstream-Produkter gi vu 4 Zoll op 6 Zoll wiesselen, an et goufen 8-Zoll-leitend Substratprodukter entwéckelt. Inlands-Substrater si meeschtens 4 Zoll grouss. Well déi existent 6-Zoll-Siliciumwafer-Produktiounslinne fir d'Produktioun vu SiC-Komponenten moderniséiert a transforméiert kënne ginn, gëtt den héije Maartundeel vu 6-Zoll-SiC-Substrater laang Zäit erhale gelooss.
De Prozess vum Siliziumcarbid-Substrat ass komplex a schwéier ze produzéieren. Siliziumcarbid-Substrat ass e verbonne Hallefleiter-Eenkristallmaterial, dat aus zwee Elementer besteet: Kuelestoff a Silizium. Am Moment benotzt d'Industrie haaptsächlech héichreine Kuelestoffpulver a héichreine Siliziumpulver als Rohmaterial fir d'Synthese vu Siliziumcarbidpulver. Ënner engem speziellen Temperaturfeld gëtt d'Reife Physical Vapor Transmission Method (PVT Method) benotzt fir Siliziumcarbid a verschiddene Gréissten an engem Kristallwuesstumsuewen ze wuessen. De Kristallbarr gëtt schliisslech veraarbecht, geschnidden, geschliffen, poléiert, gebotzt an aner verschidde Prozesser fir e Siliziumcarbid-Substrat ze produzéieren.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 22. Mee 2024