Pirmąją puslaidininkinių medžiagų kartą reprezentuoja tradicinis silicis (Si) ir germanis (Ge), kurie yra integrinių grandynų gamybos pagrindas. Jie plačiai naudojami žemos įtampos, žemo dažnio ir mažos galios tranzistoriuose bei detektoriuose. Daugiau nei 90 % puslaidininkinių gaminių yra pagaminti iš silicio pagrindu pagamintų medžiagų;
Antros kartos puslaidininkines medžiagas reprezentuoja galio arsenidas (GaAs), indžio fosfidas (InP) ir galio fosfidas (GaP). Palyginti su silicio pagrindu pagamintais įtaisais, jos pasižymi aukšto dažnio ir didelio greičio optoelektroninėmis savybėmis ir yra plačiai naudojamos optoelektronikos ir mikroelektronikos srityse.
Trečiąją puslaidininkinių medžiagų kartą reprezentuoja tokios naujos medžiagos kaip silicio karbidas (SiC), galio nitridas (GaN), cinko oksidas (ZnO), deimantas (C) ir aliuminio nitridas (AlN).
Silicio karbidasyra svarbi pagrindinė medžiaga trečiosios kartos puslaidininkių pramonės plėtrai. Silicio karbido galios įtaisai gali efektyviai patenkinti didelio efektyvumo, miniatiūrizacijos ir lengvo svorio galios elektronikos sistemų reikalavimus dėl puikaus atsparumo aukštai įtampai, atsparumo aukštai temperatūrai, mažų nuostolių ir kitų savybių.
Dėl puikių fizikinių savybių: didelio draudžiamojo tarpo (atitinkančio didelį pramušimo elektrinį lauką ir didelį galios tankį), didelio elektrinio laidumo ir didelio šilumos laidumo, tikimasi, kad ateityje ji taps plačiausiai naudojama pagrindine medžiaga puslaidininkių lustų gamybai. Ypač naujų energijos šaltinių transporto priemonėse, fotovoltinėje energijos gamyboje, geležinkelių transporte, išmaniuosiuose tinkluose ir kitose srityse ji turi akivaizdžių pranašumų.
SiC gamybos procesas skirstomas į tris pagrindinius etapus: SiC monokristalo auginimą, epitaksinio sluoksnio auginimą ir įtaisų gamybą, kurie atitinka keturias pagrindines pramonės grandinės grandis:substratas, epitaksija, įrenginiai ir moduliai.
Įprastas substratų gamybos metodas pirmiausia naudoja fizikinį garų sublimacijos metodą, kad milteliai sublimuotųsi aukštos temperatūros vakuuminėje aplinkoje ir, kontroliuojant temperatūros lauką, ant sėklinio kristalo paviršiaus augtų silicio karbido kristalai. Naudojant silicio karbido plokštelę kaip pagrindą, cheminis garų nusodinimas naudojamas monokristalo sluoksniui nusodinti ant plokštelės ir suformuoti epitaksinę plokštelę. Tarp jų, auginant silicio karbido epitaksinį sluoksnį ant laidžiojo silicio karbido pagrindo, galima pagaminti galios įrenginius, kurie daugiausia naudojami elektrinėse transporto priemonėse, fotovoltinėse sistemose ir kitose srityse; auginant galio nitrido epitaksinį sluoksnį ant pusiau izoliacinio...silicio karbido substratasgali būti toliau perdirbamas į radijo dažnių įrenginius, naudojamus 5G ryšiu ir kitose srityse.
Šiuo metu silicio karbido substratai turi didžiausius techninius barjerus silicio karbido pramonės grandinėje, o silicio karbido substratus pagaminti sunkiausia.
SiC gamybos kliūtis dar nėra iki galo išspręsta, žaliavos kristalų stulpelių kokybė yra nestabili, o išeigos problema lemia didelę SiC įrenginių kainą. Silicio medžiagai išaugti į kristalinį strypą reikia vidutiniškai tik 3 dienų, o silicio karbido kristaliniam strypui išaugti reikia savaitės. Įprastas silicio kristalinis strypas gali užaugti iki 200 cm ilgio, o silicio karbido kristalinis strypas – tik 2 cm ilgio. Be to, pats SiC yra kieta ir trapi medžiaga, todėl iš jo pagamintos plokštelės, naudojant tradicinį mechaninį pjovimo procesą, linkusios skilinėti kraštuose, o tai turi įtakos produkto išeigai ir patikimumui. SiC pagrindai labai skiriasi nuo tradicinių silicio luitų, todėl viskas – nuo įrangos, procesų, apdorojimo iki pjovimo – turi būti tobulinama, kad būtų galima apdoroti silicio karbidą.
Silicio karbido pramonės grandinė daugiausia skirstoma į keturias pagrindines grandis: substratą, epitaksiją, įrenginius ir taikymus. Substrato medžiagos yra pramonės grandinės pagrindas, epitaksijos medžiagos yra įrenginių gamybos raktas, įrenginiai yra pramonės grandinės pagrindas, o taikymas yra pramonės plėtros varomoji jėga. Ankstesnė pramonė naudoja žaliavas substrato medžiagoms gaminti naudodama fizinės garų sublimacijos metodus ir kitus metodus, o vėliau epitaksinėms medžiagoms auginti naudoja cheminio garų nusodinimo metodus ir kitus metodus. Vidurinės grandies pramonė naudoja ankstesnes medžiagas radijo dažnių įrenginiams, galios įrenginiams ir kitiems įrenginiams gaminti, kurie galiausiai naudojami 5G ryšio pasroviui, elektrinėms transporto priemonėms, geležinkelių transportui ir kt. Tarp jų substratas ir epitaksija sudaro 60 % pramonės grandinės kainos ir yra pagrindinė pramonės grandinės vertė.
SiC substratas: SiC kristalai paprastai gaminami Lely metodu. Tarptautiniai pagrindiniai produktai pereina nuo 4 colių iki 6 colių, taip pat sukurti 8 colių laidūs substratai. Vietiniai substratai daugiausia yra 4 colių. Kadangi esamas 6 colių silicio plokštelių gamybos linijas galima atnaujinti ir transformuoti, kad būtų galima gaminti SiC įrenginius, didelė 6 colių SiC substratų rinkos dalis išliks ilgą laiką.
Silicio karbido substrato gamybos procesas yra sudėtingas ir sunkiai pagaminamas. Silicio karbido substratas yra sudėtinė puslaidininkinė monokristalinė medžiaga, sudaryta iš dviejų elementų: anglies ir silicio. Šiuo metu pramonėje daugiausia naudojami labai gryni anglies milteliai ir labai gryni silicio milteliai kaip žaliavos silicio karbido milteliams sintetinti. Esant specialiam temperatūros laukui, brandaus fizikinio garų perdavimo metodas (PVT metodas) naudojamas skirtingo dydžio silicio karbidui auginti kristalų auginimo krosnyje. Galiausiai kristalų luitas apdorojamas, pjaustomas, šlifuojamas, poliruojamas, valomas ir atliekami kiti daugialypiai procesai, siekiant pagaminti silicio karbido substratą.
Įrašo laikas: 2024 m. gegužės 22 d.