Generasi pertama bahan semikonduktor diwakili oleh silikon tradisional (Si) dan germanium (Ge), yang merupakan asas untuk pembuatan litar bersepadu. Ia digunakan secara meluas dalam transistor dan pengesan voltan rendah, frekuensi rendah dan kuasa rendah. Lebih daripada 90% produk semikonduktor diperbuat daripada bahan berasaskan silikon;
Bahan semikonduktor generasi kedua diwakili oleh galium arsenida (GaAs), indium fosfida (InP) dan galium fosfida (GaP). Berbanding dengan peranti berasaskan silikon, ia mempunyai sifat optoelektronik frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi serta digunakan secara meluas dalam bidang optoelektronik dan mikroelektronik.
Generasi ketiga bahan semikonduktor diwakili oleh bahan-bahan baru muncul seperti silikon karbida (SiC), galium nitrida (GaN), zink oksida (ZnO), berlian (C), dan aluminium nitrida (AlN).
Silikon karbidamerupakan bahan asas yang penting untuk pembangunan industri semikonduktor generasi ketiga. Peranti kuasa silikon karbida dapat memenuhi keperluan kecekapan tinggi, pengecilan dan ringan sistem elektronik kuasa dengan berkesan dengan rintangan voltan tinggi, rintangan suhu tinggi, kehilangan rendah dan sifat-sifat lain yang sangat baik.
Disebabkan oleh sifat fizikalnya yang unggul: jurang jalur yang tinggi (sepadan dengan medan elektrik kerosakan yang tinggi dan ketumpatan kuasa yang tinggi), kekonduksian elektrik yang tinggi, dan kekonduksian terma yang tinggi, ia dijangka menjadi bahan asas yang paling banyak digunakan untuk membuat cip semikonduktor pada masa hadapan. Terutamanya dalam bidang kenderaan tenaga baharu, penjanaan kuasa fotovoltaik, transit kereta api, grid pintar dan bidang lain, ia mempunyai kelebihan yang jelas.
Proses pengeluaran SiC dibahagikan kepada tiga langkah utama: pertumbuhan kristal tunggal SiC, pertumbuhan lapisan epitaksi dan pembuatan peranti, yang sepadan dengan empat pautan utama rantaian perindustrian:substrat, epitaksi, peranti dan modul.
Kaedah arus perdana pembuatan substrat pertama kali menggunakan kaedah pemejalwapan wap fizikal untuk menyublimkan serbuk dalam persekitaran vakum suhu tinggi, dan menumbuhkan kristal silikon karbida pada permukaan kristal benih melalui kawalan medan suhu. Menggunakan wafer silikon karbida sebagai substrat, pemendapan wap kimia digunakan untuk memendapkan lapisan kristal tunggal pada wafer untuk membentuk wafer epitaksi. Antaranya, menumbuhkan lapisan epitaksi silikon karbida pada substrat silikon karbida konduktif boleh dibuat menjadi peranti kuasa, yang kebanyakannya digunakan dalam kenderaan elektrik, fotovoltaik dan bidang lain; menumbuhkan lapisan epitaksi galium nitrida pada separa penebatsubstrat silikon karbidaboleh dijadikan peranti frekuensi radio selanjutnya, yang digunakan dalam komunikasi 5G dan bidang lain.
Buat masa ini, substrat silikon karbida mempunyai halangan teknikal tertinggi dalam rantaian industri silikon karbida, dan substrat silikon karbida adalah yang paling sukar dihasilkan.
Kesesakan pengeluaran SiC masih belum dapat diselesaikan sepenuhnya, dan kualiti tiang kristal bahan mentah tidak stabil dan terdapat masalah hasil, yang membawa kepada kos peranti SiC yang tinggi. Bahan silikon hanya mengambil masa purata 3 hari untuk tumbuh menjadi rod kristal, tetapi rod kristal silikon karbida mengambil masa seminggu. Rod kristal silikon umum boleh tumbuh sepanjang 200cm, tetapi rod kristal silikon karbida hanya boleh tumbuh sepanjang 2cm. Selain itu, SiC itu sendiri adalah bahan yang keras dan rapuh, dan wafer yang diperbuat daripadanya terdedah kepada keretakan tepi apabila menggunakan pemotongan mekanikal tradisional, yang menjejaskan hasil dan kebolehpercayaan produk. Substrat SiC sangat berbeza daripada jongkong silikon tradisional, dan segala-galanya daripada peralatan, proses, pemprosesan hingga pemotongan perlu dibangunkan untuk mengendalikan silikon karbida.
Rantaian industri silikon karbida terbahagi kepada empat pautan utama: substrat, epitaksi, peranti dan aplikasi. Bahan substrat adalah asas rantaian industri, bahan epitaksi adalah kunci kepada pembuatan peranti, peranti adalah teras rantaian industri, dan aplikasi adalah daya penggerak untuk pembangunan perindustrian. Industri huluan menggunakan bahan mentah untuk membuat bahan substrat melalui kaedah pemejalwapan wap fizikal dan kaedah lain, dan kemudian menggunakan kaedah pemendapan wap kimia dan kaedah lain untuk mengembangkan bahan epitaksi. Industri pertengahan menggunakan bahan huluan untuk membuat peranti frekuensi radio, peranti kuasa dan peranti lain, yang akhirnya digunakan dalam komunikasi hiliran 5G, kenderaan elektrik, transit kereta api, dan sebagainya. Antaranya, substrat dan epitaksi menyumbang 60% daripada kos rantaian industri dan merupakan nilai utama rantaian industri.
Substrat SiC: Kristal SiC biasanya dihasilkan menggunakan kaedah Lely. Produk arus perdana antarabangsa sedang beralih daripada 4 inci kepada 6 inci, dan produk substrat konduktif 8 inci telah dibangunkan. Substrat domestik kebanyakannya berukuran 4 inci. Memandangkan barisan pengeluaran wafer silikon 6 inci sedia ada boleh dinaik taraf dan diubah untuk menghasilkan peranti SiC, bahagian pasaran substrat SiC 6 inci yang tinggi akan dikekalkan untuk jangka masa yang lama.
Proses substrat silikon karbida adalah kompleks dan sukar untuk dihasilkan. Substrat silikon karbida ialah bahan hablur tunggal semikonduktor sebatian yang terdiri daripada dua unsur: karbon dan silikon. Pada masa ini, industri ini terutamanya menggunakan serbuk karbon berketulenan tinggi dan serbuk silikon berketulenan tinggi sebagai bahan mentah untuk mensintesis serbuk silikon karbida. Di bawah medan suhu khas, kaedah penghantaran wap fizikal matang (kaedah PVT) digunakan untuk menumbuhkan silikon karbida dengan pelbagai saiz dalam relau pertumbuhan kristal. Jongkong kristal akhirnya diproses, dipotong, dikisar, digilap, dibersihkan dan pelbagai proses lain untuk menghasilkan substrat silikon karbida.
Masa siaran: 22 Mei 2024