Id-diffikultajiet tekniċi fil-produzzjoni stabbli tal-massa ta' wejfers tas-silikon karbur ta' kwalità għolja b'rendiment stabbli jinkludu:
1) Peress li l-kristalli jeħtieġ li jikbru f'ambjent issiġillat b'temperatura għolja 'l fuq minn 2000°C, ir-rekwiżiti tal-kontroll tat-temperatura huma estremament għoljin;
2) Peress li l-karbur tas-silikon għandu aktar minn 200 struttura kristallina, iżda ftit strutturi biss ta' karbur tas-silikon b'kristall wieħed huma l-materjali semikondutturi meħtieġa, il-proporzjon silikon-karbonju, il-gradjent tat-temperatura tat-tkabbir, u t-tkabbir tal-kristall jeħtieġ li jiġu kkontrollati b'mod preċiż matul il-proċess tat-tkabbir tal-kristall. Parametri bħall-veloċità u l-pressjoni tal-fluss tal-arja;
3) Taħt il-metodu ta' trasmissjoni tal-fażi tal-fwar, it-teknoloġija tal-espansjoni tad-dijametru tat-tkabbir tal-kristall tal-karbur tas-silikon hija estremament diffiċli;
4) L-ebusija tal-karbur tas-silikon hija qrib dik tad-djamant, u t-tekniki tat-tqattigħ, tat-tħin u tal-illustrar huma diffiċli.
Wejfers epitassjali tas-SiC: ġeneralment manifatturati bil-metodu ta' depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD). Skont it-tipi differenti ta' doping, huma maqsuma f'wejfers epitassjali tat-tip n u tat-tip p. Hantian Tiancheng u Dongguan Tianyu domestiċi diġà jistgħu jipprovdu wejfers epitassjali tas-SiC ta' 4 pulzieri/6 pulzieri. Għall-epitassija tas-SiC, huwa diffiċli li tikkontrollaha fil-qasam ta' vultaġġ għoli, u l-kwalità tal-epitassija tas-SiC għandha impatt akbar fuq l-apparati tas-SiC. Barra minn hekk, it-tagħmir epitassjali huwa monopolizzat mill-erba' kumpaniji ewlenin fl-industrija: Axitron, LPE, TEL u Nuflare.
Epitassjali tal-karbur tas-silikonWejfer jirreferi għal wejfer tal-karbur tas-silikon li fih film ta' kristall wieħed (saff epitassjali) b'ċerti rekwiżiti u l-istess bħall-kristall tas-sottostrat jitkabbar fuq is-sottostrat oriġinali tal-karbur tas-silikon. It-tkabbir epitassjali juża prinċipalment tagħmir CVD (Depożizzjoni Kimika tal-Fwar, ) jew tagħmir MBE (Epitassija tar-Raġġ Molekulari). Peress li l-apparati tal-karbur tas-silikon huma manifatturati direttament fis-saff epitassjali, il-kwalità tas-saff epitassjali taffettwa direttament il-prestazzjoni u r-rendiment tal-apparat. Hekk kif il-prestazzjoni tal-qawwa tal-vultaġġ tal-apparat tkompli tiżdied, il-ħxuna tas-saff epitassjali korrispondenti ssir eħxen u l-kontroll isir aktar diffiċli. Ġeneralment, meta l-vultaġġ ikun madwar 600V, il-ħxuna tas-saff epitassjali meħtieġa hija ta' madwar 6 mikroni; meta l-vultaġġ ikun bejn 1200-1700V, il-ħxuna tas-saff epitassjali meħtieġa tilħaq 10-15-il mikron. Jekk il-vultaġġ jilħaq aktar minn 10,000 volt, tista' tkun meħtieġa ħxuna tas-saff epitassjali ta' aktar minn 100 mikron. Hekk kif il-ħxuna tas-saff epitassjali tkompli tiżdied, isir dejjem aktar diffiċli li jiġu kkontrollati l-uniformità tal-ħxuna u r-reżistività u d-densità tad-difetti.
Apparati SiC: Internazzjonalment, SiC SBD u MOSFET ta' 600~1700V ġew industrijalizzati. Il-prodotti ewlenin joperaw f'livelli ta' vultaġġ taħt it-1200V u primarjament jadottaw ippakkjar TO. F'termini ta' prezzijiet, il-prodotti SiC fis-suq internazzjonali għandhom prezz ta' madwar 5-6 darbiet ogħla mill-kontropartijiet Si tagħhom. Madankollu, il-prezzijiet qed jonqsu b'rata annwali ta' 10%. bl-espansjoni tal-materjali upstream u l-produzzjoni tal-apparati fis-sentejn jew tlieta li ġejjin, il-provvista tas-suq se tiżdied, u dan iwassal għal aktar tnaqqis fil-prezzijiet. Huwa mistenni li meta l-prezz jilħaq darbtejn jew tliet darbiet dak tal-prodotti Si, il-vantaġġi li jġibu magħhom spejjeż tas-sistema mnaqqsa u prestazzjoni mtejba se jwasslu gradwalment għas-SiC biex jokkupa l-ispazju tas-suq tal-apparati Si.
L-ippakkjar tradizzjonali huwa bbażat fuq sottostrati bbażati fuq is-silikon, filwaqt li materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni jeħtieġu disinn kompletament ġdid. L-użu ta' strutturi tradizzjonali tal-ippakkjar ibbażati fuq is-silikon għal apparati tal-enerġija b'bandgap wiesa' jista' jintroduċi kwistjonijiet u sfidi ġodda relatati mal-frekwenza, il-ġestjoni termali, u l-affidabbiltà. L-apparati tal-enerġija SiC huma aktar sensittivi għall-kapaċitanza parassitika u l-induttanza. Meta mqabbla mal-apparati Si, iċ-ċipep tal-enerġija SiC għandhom veloċitajiet ta' swiċċjar aktar mgħaġġla, li jistgħu jwasslu għal overshoot, oxxillazzjoni, żieda fit-telf tal-iswiċċjar, u anke malfunzjonamenti tal-apparat. Barra minn hekk, l-apparati tal-enerġija SiC joperaw f'temperaturi ogħla, u jeħtieġu tekniki ta' ġestjoni termali aktar avvanzati.
Varjetà ta' strutturi differenti ġew żviluppati fil-qasam tal-ippakkjar tal-enerġija tas-semikondutturi b'bandgap wiesa'. L-ippakkjar tradizzjonali tal-moduli tal-enerġija bbażati fuq is-Si m'għadux adattat. Sabiex jiġu solvuti l-problemi ta' parametri parassitiċi għoljin u effiċjenza fqira ta' dissipazzjoni tas-sħana tal-ippakkjar tradizzjonali tal-moduli tal-enerġija bbażati fuq is-Si, l-ippakkjar tal-moduli tal-enerġija SiC jadotta interkonnessjoni mingħajr fili u teknoloġija ta' tkessiħ fuq żewġ naħat fl-istruttura tiegħu, u jadotta wkoll il-materjali tas-sottostrat b'konduttività termali aħjar, u pprova jintegra capacitors ta' decoupling, sensuri tat-temperatura/kurrent, u ċirkwiti tas-sewqan fl-istruttura tal-modulu, u żviluppa varjetà ta' teknoloġiji differenti tal-ippakkjar tal-moduli. Barra minn hekk, hemm ostakli tekniċi għoljin għall-manifattura tal-apparati SiC u l-ispejjeż tal-produzzjoni huma għoljin.
Apparati tal-karbur tas-silikon huma prodotti billi jiġu depożitati saffi epitassjali fuq sottostrat tal-karbur tas-silikon permezz ta' CVD. Il-proċess jinvolvi tindif, ossidazzjoni, fotolitografija, inċiżjoni, tneħħija tal-fotoreżist, impjantazzjoni tal-joni, depożizzjoni kimika tal-fwar tan-nitrid tas-silikon, illustrar, sputtering, u passi sussegwenti ta' pproċessar biex tifforma l-istruttura tal-apparat fuq is-sottostrat ta' kristall wieħed SiC. It-tipi ewlenin ta' apparati tal-enerġija SiC jinkludu dijodi SiC, transistors SiC, u moduli tal-enerġija SiC. Minħabba fatturi bħal veloċità baxxa tal-produzzjoni tal-materjal upstream u rati baxxi ta' rendiment, l-apparati tal-karbur tas-silikon għandhom spejjeż tal-manifattura relattivament għoljin.
Barra minn hekk, il-manifattura ta' apparati tas-silikon karbur għandha ċerti diffikultajiet tekniċi:
1) Huwa meħtieġ li jiġi żviluppat proċess speċifiku li jkun konsistenti mal-karatteristiċi tal-materjali tal-karbur tas-silikon. Pereżempju: Is-SiC għandu punt ta' tidwib għoli, li jagħmel id-diffużjoni termali tradizzjonali ineffettiva. Huwa meħtieġ li jintuża metodu ta' doping ta' impjantazzjoni jonika u li jiġu kkontrollati b'mod preċiż parametri bħat-temperatura, ir-rata tat-tisħin, it-tul, u l-fluss tal-gass; Is-SiC huwa inert għas-solventi kimiċi. Għandhom jintużaw metodi bħall-inċiżjoni niexfa, u għandhom jiġu ottimizzati u żviluppati materjali tal-maskra, taħlitiet ta' gassijiet, kontroll tal-inklinazzjoni tal-ħajt tal-ġenb, rata ta' inċiżjoni, ħruxija tal-ħajt tal-ġenb, eċċ.;
2) Il-manifattura ta' elettrodi tal-metall fuq wejfers tal-karbur tas-silikon teħtieġ reżistenza tal-kuntatt taħt l-10-5Ω2. Il-materjali tal-elettrodi li jissodisfaw ir-rekwiżiti, Ni u Al, għandhom stabbiltà termali fqira 'l fuq minn 100°C, iżda Al/Ni għandu stabbiltà termali aħjar. Ir-reżistenza speċifika tal-kuntatt tal-materjal tal-elettrodu kompost /W/Au hija 10-3Ω2 ogħla;
3) Is-SiC għandu xedd għoli fit-tqattigħ, u l-ebusija tas-SiC hija t-tieni biss għad-djamant, li tressaq rekwiżiti ogħla għat-tqattigħ, it-tħin, il-lostru u teknoloġiji oħra.
Barra minn hekk, apparati tal-enerġija tas-silikon karbur tat-trinka huma aktar diffiċli biex jiġu manifatturati. Skont strutturi differenti tal-apparati, l-apparati tal-enerġija tas-silikon karbur jistgħu jinqasmu prinċipalment f'apparati planari u apparati trinka. L-apparati tal-enerġija tas-silikon karbur planari għandhom konsistenza tajba tal-unità u proċess ta' manifattura sempliċi, iżda huma suxxettibbli għall-effett JFET u għandhom kapaċitanza parassitika għolja u reżistenza fl-istat mixgħul. Meta mqabbla ma' apparati planari, l-apparati tal-enerġija tas-silikon karbur tat-trinka għandhom konsistenza tal-unità aktar baxxa u għandhom proċess ta' manifattura aktar kumpless. Madankollu, l-istruttura trinka hija favorevoli biex tiżdied id-densità tal-unità tal-apparat u hija inqas probabbli li tipproduċi l-effett JFET, li huwa ta' benefiċċju biex tissolva l-problema tal-mobilità tal-kanal. Għandha proprjetajiet eċċellenti bħal reżistenza żgħira mixgħula, kapaċitanza parassitika żgħira, u konsum baxx ta' enerġija tal-iswiċċjar. Għandha vantaġġi sinifikanti fl-ispejjeż u l-prestazzjoni u saret id-direzzjoni ewlenija tal-iżvilupp ta' apparati tal-enerġija tas-silikon karbur. Skont il-websajt uffiċjali ta' Rohm, l-istruttura ROHM Gen3 (struttura Gen1 Trench) hija biss 75% taż-żona taċ-ċippa Gen2 (Plannar2), u r-reżistenza mixgħula tal-istruttura ROHM Gen3 hija mnaqqsa b'50% taħt l-istess daqs taċ-ċippa.
Is-sottostrat tal-karbur tas-silikon, l-epitassija, il-front-end, l-ispejjeż tar-Riċerka u l-Iżvilupp u oħrajn jammontaw għal 47%, 23%, 19%, 6% u 5% tal-ispiża tal-manifattura tal-apparati tal-karbur tas-silikon rispettivament.
Fl-aħħar nett, se niffokaw fuq it-tkissir tal-ostakli tekniċi tas-sottostrati fil-katina tal-industrija tal-karbur tas-silikon.
Il-proċess tal-produzzjoni tas-sottostrati tal-karbur tas-silikon huwa simili għal dak tas-sottostrati bbażati fuq is-silikon, iżda aktar diffiċli.
Il-proċess tal-manifattura tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon ġeneralment jinkludi s-sintesi tal-materja prima, it-tkabbir tal-kristalli, l-ipproċessar tal-ingotti, it-tqattigħ tal-ingotti, it-tħin tal-wejfer, il-lostru, it-tindif u konnessjonijiet oħra.
L-istadju tat-tkabbir tal-kristall huwa l-qalba tal-proċess kollu, u dan il-pass jiddetermina l-proprjetajiet elettriċi tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon.
Materjali tal-karbur tas-silikon huma diffiċli biex jitkabbru fil-fażi likwida taħt kundizzjonijiet normali. Il-metodu tat-tkabbir fil-fażi tal-fwar popolari fis-suq illum għandu temperatura ta' tkabbir 'il fuq minn 2300°C u jeħtieġ kontroll preċiż tat-temperatura tat-tkabbir. Il-proċess kollu tal-operazzjoni huwa kważi diffiċli biex jiġi osservat. Żball żgħir iwassal għall-iskart tal-prodott. B'paragun, materjali tas-silikon jeħtieġu biss 1600℃, li huwa ħafna inqas. It-tħejjija ta' sottostrati tal-karbur tas-silikon tiffaċċja wkoll diffikultajiet bħal tkabbir bil-mod tal-kristalli u rekwiżiti għoljin ta' forma ta' kristall. It-tkabbir tal-wejfer tal-karbur tas-silikon jieħu madwar 7 sa 10 ijiem, filwaqt li l-ġbid tal-vireg tas-silikon jieħu biss jumejn u nofs. Barra minn hekk, il-karbur tas-silikon huwa materjal li l-ebusija tiegħu hija t-tieni biss għad-djamant. Jitlef ħafna waqt it-tqattigħ, it-tħin u l-illustrar, u l-proporzjon tal-output huwa biss 60%.
Nafu li x-xejra hija li jiżdied id-daqs tas-sottostrati tal-karbur tas-silikon, hekk kif id-daqs ikompli jiżdied, ir-rekwiżiti għat-teknoloġija tal-espansjoni tad-dijametru qed isiru dejjem ogħla. Din teħtieġ taħlita ta' diversi elementi ta' kontroll tekniku biex jinkiseb tkabbir iterattiv tal-kristalli.
Ħin tal-posta: 22 ta' Mejju 2024