Pirmās paaudzes pusvadītāju materiālus pārstāv tradicionālais silīcijs (Si) un germānijs (Ge), kas ir integrēto shēmu ražošanas pamatā. Tos plaši izmanto zemsprieguma, zemfrekvences un mazjaudas tranzistoros un detektoros. Vairāk nekā 90% pusvadītāju izstrādājumu ir izgatavoti no silīcija bāzes materiāliem;
Otrās paaudzes pusvadītāju materiālus pārstāv gallija arsenīds (GaAs), indija fosfīds (InP) un gallija fosfīds (GaP). Salīdzinot ar uz silīcija bāzes veidotām ierīcēm, tiem piemīt augstfrekvences un ātrdarbīgas optoelektroniskas īpašības, un tos plaši izmanto optoelektronikas un mikroelektronikas jomā.
Trešo pusvadītāju materiālu paaudzi pārstāv tādi jauni materiāli kā silīcija karbīds (SiC), gallija nitrīds (GaN), cinka oksīds (ZnO), dimants (C) un alumīnija nitrīds (AlN).
Silīcija karbīdsir svarīgs pamatmateriāls trešās paaudzes pusvadītāju rūpniecības attīstībai. Silīcija karbīda jaudas ierīces var efektīvi apmierināt jaudas elektronisko sistēmu augstās efektivitātes, miniaturizācijas un vieglā svara prasības, pateicoties to izcilajai augstsprieguma izturībai, augstas temperatūras izturībai, zemiem zudumiem un citām īpašībām.
Pateicoties tā izcilajām fizikālajām īpašībām: lielai joslas spraugai (kas atbilst augstam elektriskā lauka sabrukšanas spēkam un augstam jaudas blīvumam), augstai elektrovadītspējai un augstai siltumvadītspējai, paredzams, ka nākotnē tas kļūs par visplašāk izmantoto pamatmateriālu pusvadītāju mikroshēmu ražošanai. Īpaši jaunu enerģijas transportlīdzekļu, fotoelektriskās enerģijas ražošanas, dzelzceļa transporta, viedtīklu un citās jomās tam ir acīmredzamas priekšrocības.
SiC ražošanas process ir sadalīts trīs galvenajos posmos: SiC monokristāla audzēšana, epitaksiālā slāņa audzēšana un ierīču izgatavošana, kas atbilst četriem galvenajiem rūpnieciskās ķēdes posmiem:substrāts, epitaksija, ierīces un moduļi.
Pamatmetodes substrātu ražošanā vispirms tiek izmantota fizikālā tvaiku sublimācijas metode, lai sublimētu pulveri augstas temperatūras vakuuma vidē un audzētu silīcija karbīda kristālus uz sēklas kristāla virsmas, kontrolējot temperatūras lauku. Izmantojot silīcija karbīda plāksni kā substrātu, ķīmiskā tvaiku pārklāšana tiek izmantota, lai uz plāksnītes uzklātu monokristāla slāni, veidojot epitaksiālu plāksni. Starp tām, audzējot silīcija karbīda epitaksiālo slāni uz vadoša silīcija karbīda substrāta, var izgatavot jaudas ierīces, kuras galvenokārt izmanto elektriskajos transportlīdzekļos, fotoelektriskajos elementos un citās jomās; audzējot gallija nitrīda epitaksiālo slāni uz daļēji izolējošas...silīcija karbīda substrātsvar tālāk pārveidot par radiofrekvenču ierīcēm, ko izmanto 5G sakaros un citās jomās.
Pašlaik silīcija karbīda substrātiem ir visaugstākie tehniskie šķēršļi silīcija karbīda rūpniecības ķēdē, un silīcija karbīda substrātus ir visgrūtāk ražot.
SiC ražošanas sašaurinājums vēl nav pilnībā atrisināts, izejmateriāla kristāla stabiņu kvalitāte ir nestabila un pastāv ražas problēma, kas noved pie augstām SiC ierīču izmaksām. Silīcija materiāla izaugšana par kristāla stieni aizņem vidēji tikai 3 dienas, bet silīcija karbīda kristāla stieņa izaugšana aizņem nedēļu. Parasts silīcija kristāla stienis var izaugt 200 cm garš, bet silīcija karbīda kristāla stienis var izaugt tikai 2 cm garš. Turklāt SiC pats par sevi ir ciets un trausls materiāls, un no tā izgatavotajām plāksnēm, izmantojot tradicionālo mehānisko griešanas plākšņu sagriešanu, ir tendence uz malu šķembām, kas ietekmē produkta ražu un uzticamību. SiC substrāti ļoti atšķiras no tradicionālajiem silīcija stieņiem, un viss, sākot no iekārtām, procesiem, apstrādes līdz griešanai, ir jāizstrādā, lai apstrādātu silīcija karbīdu.
Silīcija karbīda rūpniecības ķēde galvenokārt ir sadalīta četrās galvenajās saitēs: substrāts, epitaksija, ierīces un pielietojumi. Substrāta materiāli ir rūpniecības ķēdes pamats, epitaksiālie materiāli ir ierīču ražošanas atslēga, ierīces ir rūpniecības ķēdes kodols, un pielietojumi ir rūpniecības attīstības virzītājspēks. Augšupējā rūpniecība izmanto izejvielas, lai izgatavotu substrātu materiālus, izmantojot fizikālās tvaiku sublimācijas metodes un citas metodes, un pēc tam izmanto ķīmiskās tvaiku nogulsnēšanas metodes un citas metodes, lai audzētu epitaksiālos materiālus. Vidējā rūpniecība izmanto augšupējos materiālus, lai izgatavotu radiofrekvenču ierīces, barošanas ierīces un citas ierīces, kuras galu galā tiek izmantotas lejupējā 5G komunikācijā, elektriskajos transportlīdzekļos, dzelzceļa transportā utt. Starp tiem substrāts un epitaksija veido 60% no rūpniecības ķēdes izmaksām un ir rūpniecības ķēdes galvenā vērtība.
SiC substrāts: SiC kristāli parasti tiek ražoti, izmantojot Lely metodi. Starptautiskie galvenie produkti pāriet no 4 collām uz 6 collām, un ir izstrādāti 8 collu vadoša substrāta produkti. Vietējie substrāti galvenokārt ir 4 collas. Tā kā esošās 6 collu silīcija vafeļu ražošanas līnijas var modernizēt un pārveidot, lai ražotu SiC ierīces, 6 collu SiC substrātu augstā tirgus daļa saglabāsies ilgu laiku.
Silīcija karbīda substrāta ražošanas process ir sarežģīts un grūti ražojams. Silīcija karbīda substrāts ir salikts pusvadītāju monokristāla materiāls, kas sastāv no diviem elementiem: oglekļa un silīcija. Pašlaik rūpniecībā galvenokārt tiek izmantots augstas tīrības pakāpes oglekļa pulveris un augstas tīrības pakāpes silīcija pulveris kā izejvielas silīcija karbīda pulvera sintezēšanai. Īpašā temperatūras laukā kristālu audzēšanas krāsnī, izmantojot nobriedušu fizikālo tvaiku pārneses metodi (PVT metodi), audzē dažāda izmēra silīcija karbīdu. Kristāla stieņus visbeidzot apstrādā, griež, slīpē, pulē, tīra un veic vairākus citus procesus, lai iegūtu silīcija karbīda substrātu.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 22. maijs