ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အတွက် နည်းပညာဆိုင်ရာအတားအဆီးတွေက ဘာတွေလဲ။Ⅱ

တည်ငြိမ်သောစွမ်းဆောင်ရည်ဖြင့် အစုလိုက်အပြုံလိုက်ထုတ်လုပ်နိုင်သော အရည်အသွေးမြင့် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ဝေဖာများတွင် နည်းပညာဆိုင်ရာအခက်အခဲများတွင် အောက်ပါတို့ပါဝင်သည်-

၁) ပုံဆောင်ခဲများသည် ၂၀၀၀°C အထက် အပူချိန်မြင့်မားစွာ ပိတ်ထားသောပတ်ဝန်းကျင်တွင် ကြီးထွားရန် လိုအပ်သောကြောင့် အပူချိန်ထိန်းချုပ်မှုလိုအပ်ချက်များသည် အလွန်မြင့်မားပါသည်။
၂) ဆီလီကွန်ကာဗိုက်တွင် ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံ ၂၀၀ ကျော်ရှိသော်လည်း single-crystal ဆီလီကွန်ကာဗိုက်၏ဖွဲ့စည်းပုံအနည်းငယ်သာ လိုအပ်သော semiconductor ပစ္စည်းများဖြစ်သောကြောင့် ဆီလီကွန်မှကာဗွန်အချိုး၊ ကြီးထွားမှုအပူချိန် gradient နှင့် ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှုကို ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း တိကျစွာထိန်းချုပ်ရန်လိုအပ်သည်။ အမြန်နှုန်းနှင့် လေစီးဆင်းမှုဖိအားကဲ့သို့သော parameters များ။
၃) အငွေ့အဆင့်ထုတ်လွှင့်မှုနည်းလမ်းအောက်တွင်၊ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှု၏အချင်းချဲ့ထွင်မှုနည်းပညာသည်အလွန်ခက်ခဲသည်။
၄) ဆီလီကွန်ကာဗိုက်၏ မာကျောမှုသည် စိန်၏ မာကျောမှုနှင့် နီးစပ်ပြီး ဖြတ်တောက်ခြင်း၊ ကြိတ်ခွဲခြင်းနှင့် ඔප දැමීම နည်းစနစ်များသည် ခက်ခဲပါသည်။

SiC epitaxial wafers: များသောအားဖြင့် chemical vapor deposition (CVD) နည်းလမ်းဖြင့် ထုတ်လုပ်လေ့ရှိသည်။ မတူညီသော doping အမျိုးအစားများအရ ၎င်းတို့ကို n-type နှင့် p-type epitaxial wafers အဖြစ် ခွဲခြားထားသည်။ ပြည်တွင်း Hantian Tiancheng နှင့် Dongguan Tianyu တို့သည် ၄ ​​လက်မ/၆ လက်မ SiC epitaxial wafers များကို ပံ့ပိုးပေးနိုင်ပြီဖြစ်သည်။ SiC epitaxy အတွက်၊ မြင့်မားသောဗို့အားစက်ကွင်းတွင် ထိန်းချုပ်ရန်ခက်ခဲပြီး SiC epitaxy ၏ အရည်အသွေးသည် SiC စက်ပစ္စည်းများအပေါ် ပိုမိုသက်ရောက်မှုရှိသည်။ ထို့အပြင်၊ epitaxial စက်ပစ္စည်းများကို လုပ်ငန်းနယ်ပယ်ရှိ ထိပ်တန်းကုမ္ပဏီလေးခုဖြစ်သည့် Axitron၊ LPE၊ TEL နှင့် Nuflare တို့က လက်ဝါးကြီးအုပ်ထားသည်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက် အက်ပီတက်ဆီယယ်wafer ဆိုတာ မူလ silicon carbide substrate ပေါ်မှာ substrate crystal နဲ့ တူညီတဲ့ လိုအပ်ချက်တွေရှိတဲ့ single crystal film (epitaxial layer) ကို စိုက်ပျိုးထားတဲ့ silicon carbide wafer ကို ရည်ညွှန်းပါတယ်။ Epitaxial growth ဆိုတာ CVD (Chemical Vapor Deposition,) equipment ဒါမှမဟုတ် MBE (Molecular Beam Epitaxy) equipment တွေကို အဓိကအသုံးပြုပါတယ်။ silicon carbide devices တွေကို epitaxial layer မှာ တိုက်ရိုက်ထုတ်လုပ်ထားတာကြောင့် epitaxial layer ရဲ့ အရည်အသွေးက device ရဲ့ performance နဲ့ yield ကို တိုက်ရိုက်အကျိုးသက်ရောက်စေပါတယ်။ device ရဲ့ voltage ခံနိုင်ရည် performance ဆက်လက်တိုးလာတာနဲ့အမျှ သက်ဆိုင်ရာ epitaxial layer ရဲ့ အထူက ပိုထူလာပြီး control လုပ်ရတာ ပိုခက်ခဲလာပါတယ်။ ယေဘုယျအားဖြင့် voltage က 600V လောက်မှာ လိုအပ်တဲ့ epitaxial layer အထူက 6 microns လောက်ရှိပြီး voltage က 1200-1700V ကြားမှာရှိရင် လိုအပ်တဲ့ epitaxial layer အထူက 10-15 microns အထိရှိပါတယ်။ voltage က 10,000 volts ကျော်သွားရင် epitaxial layer အထူက 100 microns ကျော်လိုအပ်နိုင်ပါတယ်။ epitaxial အလွှာ၏ အထူသည် ဆက်လက်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ အထူ၊ ခုခံမှု တူညီမှုနှင့် ချို့ယွင်းချက် သိပ်သည်းဆကို ထိန်းချုပ်ရန် ပိုမိုခက်ခဲလာပါသည်။

SiC စက်ပစ္စည်းများ- နိုင်ငံတကာတွင် 600~1700V SiC SBD နှင့် MOSFET တို့ကို စက်မှုလုပ်ငန်းများတွင် အသုံးပြုလာကြသည်။ အဓိကထုတ်ကုန်များသည် 1200V အောက် ဗို့အားအဆင့်တွင် လည်ပတ်ပြီး အဓိကအားဖြင့် TO ထုပ်ပိုးမှုကို လက်ခံကြသည်။ ဈေးနှုန်းအရ နိုင်ငံတကာဈေးကွက်ရှိ SiC ထုတ်ကုန်များသည် ၎င်းတို့၏ Si ထုတ်ကုန်များထက် ၅-၆ ဆခန့် ပိုမိုမြင့်မားသော ဈေးနှုန်းရှိသည်။ သို့သော် ဈေးနှုန်းများသည် နှစ်စဉ် ၁၀% နှုန်းဖြင့် ကျဆင်းနေသည်။ လာမည့် ၂-၃ နှစ်အတွင်း အထက်ပိုင်းပစ္စည်းများနှင့် စက်ပစ္စည်းထုတ်လုပ်မှု တိုးချဲ့လာခြင်းနှင့်အတူ ဈေးကွက်ထောက်ပံ့မှု တိုးလာမည်ဖြစ်ပြီး နောက်ထပ်ဈေးနှုန်းလျှော့ချမှုများ ဖြစ်ပေါ်လာမည်ဖြစ်သည်။ Si ထုတ်ကုန်များ၏ ဈေးနှုန်းထက် ၂-၃ ဆ ရောက်ရှိလာသောအခါ စနစ်ကုန်ကျစရိတ် လျော့ကျခြင်းနှင့် စွမ်းဆောင်ရည် တိုးတက်လာခြင်းကြောင့် ရရှိလာသော အားသာချက်များသည် SiC ကို Si စက်ပစ္စည်းများ၏ ဈေးကွက်နေရာကို တဖြည်းဖြည်း သိမ်းပိုက်ရန် တွန်းအားပေးလိမ့်မည်ဟု မျှော်လင့်ရသည်။
ရိုးရာထုပ်ပိုးမှုသည် ဆီလီကွန်အခြေခံ အောက်ခံများအပေါ် အခြေခံထားပြီး တတိယမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများသည် လုံးဝအသစ်သော ဒီဇိုင်းလိုအပ်သည်။ wide-bandgap ပါဝါစက်ပစ္စည်းများအတွက် ရိုးရာဆီလီကွန်အခြေခံ ထုပ်ပိုးမှုဖွဲ့စည်းပုံများကို အသုံးပြုခြင်းသည် ကြိမ်နှုန်း၊ အပူချိန်စီမံခန့်ခွဲမှုနှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှုနှင့် ဆက်စပ်သော ပြဿနာအသစ်များနှင့် စိန်ခေါ်မှုအသစ်များကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်သည်။ SiC ပါဝါစက်ပစ္စည်းများသည် ကပ်ပါးကောင် capacitance နှင့် inductance ကို ပိုမိုထိခိုက်လွယ်သည်။ Si စက်ပစ္စည်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက SiC ပါဝါချစ်ပ်များသည် switching speeds ပိုမိုမြန်ဆန်ပြီး ၎င်းသည် overshoot၊ oscillation၊ switching losses တိုးလာခြင်းနှင့် စက်ပစ္စည်းချို့ယွင်းမှုများကိုပင် ဖြစ်စေနိုင်သည်။ ထို့အပြင် SiC ပါဝါစက်ပစ္စည်းများသည် အပူချိန်မြင့်မားစွာ လည်ပတ်သောကြောင့် ပိုမိုအဆင့်မြင့်သော အပူချိန်စီမံခန့်ခွဲမှုနည်းစနစ်များ လိုအပ်ပါသည်။

wide-bandgap semiconductor power packaging နယ်ပယ်တွင် မတူညီသောဖွဲ့စည်းပုံအမျိုးမျိုးကို တီထွင်ခဲ့ကြသည်။ ရိုးရာ Si-based power module packaging သည် သင့်လျော်တော့မည်မဟုတ်ပါ။ ရိုးရာ Si-based power module packaging ၏ မြင့်မားသော parameters များနှင့် အပူပျံ့နှံ့မှုစွမ်းဆောင်ရည်ညံ့ဖျင်းခြင်းပြဿနာများကို ဖြေရှင်းရန်အတွက် SiC power module packaging သည် ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံတွင် wireless interconnection နှင့် double-side cooling နည်းပညာကို အသုံးပြုထားပြီး၊ ပိုမိုကောင်းမွန်သော thermal conductivity ရှိသော substrate materials များကိုလည်း အသုံးပြုထားပြီး၊ decoupling capacitors၊ temperature/current sensors နှင့် drive circuits များကို module structure ထဲသို့ ပေါင်းစပ်ရန် ကြိုးစားခဲ့ပြီး မတူညီသော module packaging နည်းပညာအမျိုးမျိုးကို တီထွင်ခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ SiC device ထုတ်လုပ်မှုအတွက် နည်းပညာဆိုင်ရာအတားအဆီးများစွာရှိပြီး ထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်များ မြင့်မားပါသည်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက် စက်ပစ္စည်းများကို CVD မှတစ်ဆင့် ဆီလီကွန်ကာဗိုက် အောက်ခံပေါ်တွင် epitaxial အလွှာများကို အပ်နှံခြင်းဖြင့် ထုတ်လုပ်ထားသည်။ လုပ်ငန်းစဉ်တွင် သန့်ရှင်းရေးလုပ်ခြင်း၊ အောက်ဆီဒေးရှင်းလုပ်ခြင်း၊ ဖိုတိုလစ်သိုဂရပ်ဖီလုပ်ခြင်း၊ ထွင်းထုခြင်း၊ ဖိုတိုရီဆစ်ကို ခွာချခြင်း၊ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်း၊ ဆီလီကွန်နိုက်ထရိုက်၏ ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်း၊ ඔප දැමීමීමීමနှင့် SiC single crystal အောက်ခံပေါ်တွင် စက်ပစ္စည်းဖွဲ့စည်းပုံကို ဖွဲ့စည်းရန် နောက်ဆက်တွဲ လုပ်ဆောင်ခြင်းအဆင့်များ ပါဝင်သည်။ SiC ပါဝါစက်ပစ္စည်းများ၏ အဓိကအမျိုးအစားများတွင် SiC ဒိုင်အိုဒိုက်များ၊ SiC ထရန်စစ္စတာများနှင့် SiC ပါဝါမော်ဂျူးများ ပါဝင်သည်။ upstream ပစ္စည်းထုတ်လုပ်မှုအမြန်နှုန်းနှေးကွေးခြင်းနှင့် အထွက်နှုန်းနိမ့်ခြင်းကဲ့သို့သော အချက်များကြောင့် ဆီလီကွန်ကာဗိုက် စက်ပစ္စည်းများတွင် ထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်များ မြင့်မားသည်။

ထို့အပြင်၊ ဆီလီကွန်ကာဗိုက် ကိရိယာထုတ်လုပ်မှုတွင် နည်းပညာဆိုင်ရာ အခက်အခဲအချို့ရှိသည်-

၁) ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများ၏ ဝိသေသလက္ခဏာများနှင့် ကိုက်ညီသော သီးခြားလုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခု တီထွင်ရန် လိုအပ်ပါသည်။ ဥပမာ- SiC တွင် အရည်ပျော်မှတ်မြင့်မားသောကြောင့် ရိုးရာအပူပျံ့နှံ့မှုကို ထိရောက်မှုမရှိပါ။ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းမှု doping နည်းလမ်းကို အသုံးပြုရန်နှင့် အပူချိန်၊ အပူပေးနှုန်း၊ ကြာချိန်နှင့် ဓာတ်ငွေ့စီးဆင်းမှုကဲ့သို့သော parameters များကို တိကျစွာထိန်းချုပ်ရန် လိုအပ်ပါသည်။ SiC သည် ဓာတုပျော်ရည်များနှင့် မသက်ဆိုင်ပါ။ ခြောက်သွေ့စွာ ထွင်းထုခြင်းကဲ့သို့သော နည်းလမ်းများကို အသုံးပြုသင့်ပြီး မျက်နှာဖုံးပစ္စည်းများ၊ ဓာတ်ငွေ့ရောစပ်မှုများ၊ ဘေးနံရံစောင်းကို ထိန်းချုပ်ခြင်း၊ ထွင်းထုနှုန်း၊ ဘေးနံရံကြမ်းတမ်းမှု စသည်တို့ကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ပြီး တီထွင်သင့်သည်။
၂) ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ဝေဖာများပေါ်တွင် သတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ ထုတ်လုပ်ရာတွင် 10-5Ω2 အောက် ထိတွေ့မှုခုခံမှု လိုအပ်သည်။ လိုအပ်ချက်များနှင့် ကိုက်ညီသော လျှပ်ကူးပစ္စည်းများဖြစ်သည့် Ni နှင့် Al တို့သည် 100°C အထက်တွင် အပူချိန်တည်ငြိမ်မှု ညံ့ဖျင်းသော်လည်း Al/Ni သည် အပူချိန်တည်ငြိမ်မှု ပိုကောင်းသည်။ /W/Au ပေါင်းစပ်လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ ထိတွေ့မှုသီးသန့်ခုခံမှုသည် 10-3Ω2 ပိုများသည်။
၃) SiC သည် ဖြတ်တောက်မှု မြင့်မားပြီး SiC ၏ မာကျောမှုသည် စိန်ပြီးလျှင် ဒုတိယနေရာတွင် ရှိပြီး ဖြတ်တောက်ခြင်း၊ ကြိတ်ခွဲခြင်း၊ ඔප දැමීමနှင့် အခြားနည်းပညာများအတွက် လိုအပ်ချက်များ မြင့်မားစေသည်။

ထို့အပြင်၊ trench silicon carbide power devices များသည် ထုတ်လုပ်ရန် ပိုမိုခက်ခဲပါသည်။ မတူညီသော device structure များအရ silicon carbide power devices များကို planar devices နှင့် trench devices များအဖြစ် အဓိကအားဖြင့် ခွဲခြားနိုင်ပါသည်။ Planar silicon carbide power devices များတွင် unit consistency ကောင်းမွန်ပြီး ရိုးရှင်းသော ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်ရှိသော်လည်း JFET effect ကို ခံရနိုင်ခြေရှိပြီး parasitic capacitance နှင့် on-state resistance မြင့်မားပါသည်။ planar devices များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက trench silicon carbide power devices များတွင် unit consistency နည်းပါးပြီး ပိုမိုရှုပ်ထွေးသော ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်ရှိသည်။ သို့သော်၊ trench structure သည် device unit density ကို တိုးမြှင့်ရန် အထောက်အကူပြုပြီး JFET effect ကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်ခြေနည်းပြီး channel mobility ပြဿနာကို ဖြေရှင်းရာတွင် အကျိုးရှိစေပါသည်။ ၎င်းတွင် on-resistance နည်းပါးခြင်း၊ parasitic capacitance သေးငယ်ခြင်းနှင့် switching energy consumption နည်းပါးခြင်းကဲ့သို့သော အလွန်ကောင်းမွန်သော ဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ ၎င်းသည် သိသာထင်ရှားသော ကုန်ကျစရိတ်နှင့် စွမ်းဆောင်ရည် အားသာချက်များရှိပြီး silicon carbide power devices များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေး၏ အဓိက ဦးတည်ချက်ဖြစ်လာခဲ့သည်။ Rohm တရားဝင်ဝက်ဘ်ဆိုက်အရ ROHM Gen3 structure (Gen1 Trench structure) သည် Gen2 (Plannar2) chip area ၏ 75% သာရှိပြီး ROHM Gen3 structure ၏ on-resistance သည် chip အရွယ်အစားတူအောက်တွင် 50% လျော့ကျသွားသည်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အလွှာ၊ epitaxy၊ front-end၊ R&D ကုန်ကျစရိတ်များနှင့် အခြားများသည် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်စက်ပစ္စည်းများ၏ ထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်၏ အသီးသီး ၄၇%၊ ၂၃%၊ ၁၉%၊ ၆% နှင့် ၅% ရှိသည်။

နောက်ဆုံးအနေနဲ့ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်လုပ်ငန်းကွင်းဆက်မှာ အောက်ခံအလွှာတွေရဲ့ နည်းပညာဆိုင်ရာအတားအဆီးတွေကို ဖြိုခွင်းဖို့ အာရုံစိုက်သွားပါမယ်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက် အောက်ခံများ ထုတ်လုပ်မှု လုပ်ငန်းစဉ်သည် ဆီလီကွန်အခြေခံ အောက်ခံများ ထုတ်လုပ်မှု လုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ဆင်တူသော်လည်း ပိုမိုခက်ခဲပါသည်။
ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အောက်ခံထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင် ယေဘုယျအားဖြင့် ကုန်ကြမ်းပေါင်းစပ်ခြင်း၊ ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားခြင်း၊ အချောင်းများပြုပြင်ခြင်း၊ အချောင်းများဖြတ်တောက်ခြင်း၊ ဝေဖာကြိတ်ခြင်း၊ ඔප දැමීම၊ သန့်ရှင်းရေးလုပ်ခြင်းနှင့် အခြားဆက်စပ်မှုများ ပါဝင်သည်။
ပုံဆောင်ခဲများ ကြီးထွားမှုအဆင့်သည် လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုလုံး၏ အဓိကအချက်ဖြစ်ပြီး ဤအဆင့်သည် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အလွှာ၏ လျှပ်စစ်ဂုဏ်သတ္တိများကို ဆုံးဖြတ်ပေးသည်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများသည် ပုံမှန်အခြေအနေများတွင် အရည်အဆင့်တွင် ကြီးထွားရန်ခက်ခဲသည်။ ယနေ့ခေတ်စျေးကွက်တွင် ရေပန်းစားသော အငွေ့အဆင့်ကြီးထွားမှုနည်းလမ်းသည် ကြီးထွားမှုအပူချိန် ၂၃၀၀ ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်အထက်ရှိပြီး ကြီးထွားမှုအပူချိန်ကို တိကျစွာထိန်းချုပ်ရန်လိုအပ်သည်။ လည်ပတ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုလုံးကို စောင့်ကြည့်ရန်ခက်ခဲသည်။ အနည်းငယ်အမှားအယွင်းတစ်ခုသည် ထုတ်ကုန်ပျက်စီးခြင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေလိမ့်မည်။ နှိုင်းယှဉ်ကြည့်လျှင် ဆီလီကွန်ပစ္စည်းများသည် ၁၆၀၀ ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်သာလိုအပ်ပြီး ၎င်းသည် များစွာနိမ့်သည်။ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အလွှာများကို ပြင်ဆင်ခြင်းသည် ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှုနှေးကွေးခြင်းနှင့် ပုံဆောင်ခဲပုံသဏ္ဍာန်မြင့်မားခြင်းကဲ့သို့သော အခက်အခဲများနှင့်လည်း ရင်ဆိုင်ရသည်။ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ဝေဖာကြီးထွားမှုသည် ၇ ရက်မှ ၁၀ ရက်ခန့်ကြာမြင့်ပြီး ဆီလီကွန်တုတ်ဆွဲခြင်းသည် ၂ ရက်ခွဲသာကြာသည်။ ထို့အပြင် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်သည် စိန်ပြီးလျှင် ဒုတိယမာကျောမှုရှိသော ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ ၎င်းသည် ဖြတ်တောက်ခြင်း၊ ကြိတ်ခွဲခြင်းနှင့် ඔප දැමීමတွင် များစွာဆုံးရှုံးမည်ဖြစ်ပြီး ထွက်ရှိမှုအချိုးမှာ ၆၀% သာရှိသည်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အောက်ခံများ၏ အရွယ်အစားကို တိုးမြှင့်ရန် လမ်းကြောင်းသစ်တစ်ခုဖြစ်ကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့သိပါသည်၊ အရွယ်အစားဆက်လက်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ အချင်းချဲ့ထွင်မှုနည်းပညာအတွက် လိုအပ်ချက်များသည် ပိုမိုမြင့်မားလာပါသည်။ ပုံဆောင်ခဲများ၏ ထပ်ခါတလဲလဲကြီးထွားမှုကို ရရှိရန် မတူညီသောနည်းပညာထိန်းချုပ်မှုဒြပ်စင်များကို ပေါင်းစပ်ရန် လိုအပ်ပါသည်။