सिलिकन कार्बाइडका प्राविधिक अवरोधहरू के के हुन्?Ⅱ

स्थिर प्रदर्शनका साथ स्थिर रूपमा ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्ने उच्च-गुणस्तरको सिलिकन कार्बाइड वेफरहरूमा प्राविधिक कठिनाइहरू समावेश छन्:

१) क्रिस्टलहरू २००० डिग्री सेल्सियसभन्दा माथिको उच्च-तापमान सिल गरिएको वातावरणमा बढ्न आवश्यक भएकोले, तापक्रम नियन्त्रण आवश्यकताहरू अत्यन्तै उच्च छन्;
२) सिलिकन कार्बाइडमा २०० भन्दा बढी क्रिस्टल संरचनाहरू भएकाले, तर एकल-क्रिस्टल सिलिकन कार्बाइडका केही संरचनाहरू मात्र आवश्यक अर्धचालक सामग्रीहरू भएकाले, क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा सिलिकन-देखि-कार्बन अनुपात, वृद्धि तापमान ढाँचा, र क्रिस्टल वृद्धिलाई सटीक रूपमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ। गति र हावा प्रवाहको चाप जस्ता प्यारामिटरहरू;
३) वाष्प चरण प्रसारण विधि अन्तर्गत, सिलिकन कार्बाइड क्रिस्टल वृद्धिको व्यास विस्तार प्रविधि अत्यन्तै गाह्रो छ;
४) सिलिकन कार्बाइडको कठोरता हीराको जस्तै छ, र काट्ने, पिस्ने र पालिस गर्ने प्रविधिहरू गाह्रो छन्।

SiC एपिटेक्सियल वेफरहरू: सामान्यतया रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) विधिद्वारा निर्मित। विभिन्न डोपिङ प्रकारहरू अनुसार, तिनीहरूलाई n-प्रकार र p-प्रकार एपिटेक्सियल वेफरहरूमा विभाजन गरिएको छ। घरेलु हान्टियन तियानचेङ र डोङगुआन तियान्युले पहिले नै ४-इन्च/६-इन्च SiC एपिटेक्सियल वेफरहरू प्रदान गर्न सक्छन्। SiC एपिटेक्सीको लागि, उच्च-भोल्टेज क्षेत्रमा नियन्त्रण गर्न गाह्रो छ, र SiC एपिटेक्सीको गुणस्तरले SiC उपकरणहरूमा बढी प्रभाव पार्छ। यसबाहेक, एपिटेक्सियल उपकरणहरू उद्योगका चार अग्रणी कम्पनीहरूद्वारा एकाधिकार गरिएको छ: Axitron, LPE, TEL र Nuflare।

सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियलवेफर भन्नाले सिलिकन कार्बाइड वेफरलाई बुझाउँछ जसमा निश्चित आवश्यकताहरू भएको र सब्सट्रेट क्रिस्टल जस्तै एकल क्रिस्टल फिल्म (एपिटाक्सियल तह) मूल सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटमा उब्जाइन्छ। एपिटेक्सियल वृद्धिले मुख्यतया CVD (रासायनिक भाप निक्षेप, ) उपकरण वा MBE (आणविक बीम एपिटेक्सि) उपकरण प्रयोग गर्दछ। सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरू एपिटेक्सियल तहमा सिधै निर्माण हुने भएकाले, एपिटेक्सियल तहको गुणस्तरले उपकरणको कार्यसम्पादन र उपजलाई प्रत्यक्ष असर गर्छ। उपकरणको भोल्टेज प्रतिरोधी कार्यसम्पादन बढ्दै जाँदा, सम्बन्धित एपिटेक्सियल तहको मोटाई बाक्लो हुँदै जान्छ र नियन्त्रण गर्न गाह्रो हुन्छ।सामान्यतया, जब भोल्टेज लगभग 600V हुन्छ, आवश्यक एपिटेक्सियल तह मोटाई लगभग 6 माइक्रोन हुन्छ; जब भोल्टेज 1200-1700V बीच हुन्छ, आवश्यक एपिटेक्सियल तह मोटाई 10-15 माइक्रोन पुग्छ। यदि भोल्टेज 10,000 भोल्ट भन्दा बढी पुग्छ भने, 100 माइक्रोन भन्दा बढीको एपिटेक्सियल तह मोटाई आवश्यक पर्न सक्छ। एपिटेक्सियल तहको मोटाई बढ्दै जाँदा, मोटाई र प्रतिरोधात्मकता एकरूपता र दोष घनत्व नियन्त्रण गर्न झन्झन् गाह्रो हुँदै जान्छ।

SiC उपकरणहरू: अन्तर्राष्ट्रिय स्तरमा, ६००~१७००V SiC SBD र MOSFET औद्योगिकीकरण गरिएको छ। मुख्यधाराका उत्पादनहरू १२००V भन्दा कम भोल्टेज स्तरमा सञ्चालन हुन्छन् र मुख्यतया TO प्याकेजिङ अपनाउँछन्। मूल्य निर्धारणको सन्दर्भमा, अन्तर्राष्ट्रिय बजारमा SiC उत्पादनहरूको मूल्य तिनीहरूको Si समकक्षहरू भन्दा लगभग ५-६ गुणा बढी छ। यद्यपि, मूल्यहरू १०% को वार्षिक दरले घट्दै गइरहेका छन्। आगामी २-३ वर्षमा अपस्ट्रीम सामग्री र उपकरण उत्पादनको विस्तारसँगै, बजार आपूर्ति बढ्नेछ, जसले गर्दा मूल्यमा थप कमी आउने अपेक्षा गरिएको छ। जब मूल्य Si उत्पादनहरूको भन्दा २-३ गुणा पुग्छ, कम प्रणाली लागत र सुधारिएको प्रदर्शनले ल्याएको फाइदाहरूले SiC लाई बिस्तारै Si उपकरणहरूको बजार स्थान ओगट्न प्रेरित गर्नेछ।
परम्परागत प्याकेजिङ सिलिकन-आधारित सब्सट्रेटहरूमा आधारित हुन्छ, जबकि तेस्रो-पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीहरूलाई पूर्ण रूपमा नयाँ डिजाइन चाहिन्छ। वाइड-ब्यान्डग्याप पावर उपकरणहरूको लागि परम्परागत सिलिकन-आधारित प्याकेजिङ संरचनाहरू प्रयोग गर्नाले फ्रिक्वेन्सी, थर्मल व्यवस्थापन, र विश्वसनीयतासँग सम्बन्धित नयाँ समस्याहरू र चुनौतीहरू प्रस्तुत गर्न सक्छ। SiC पावर उपकरणहरू परजीवी क्यापेसिटन्स र इन्डक्टन्सप्रति बढी संवेदनशील हुन्छन्। Si उपकरणहरूको तुलनामा, SiC पावर चिपहरूमा छिटो स्विचिङ गति हुन्छ, जसले ओभरशूट, दोलन, बढ्दो स्विचिङ घाटा, र उपकरणमा खराबी पनि निम्त्याउन सक्छ। थप रूपमा, SiC पावर उपकरणहरू उच्च तापक्रममा सञ्चालन हुन्छन्, जसलाई थप उन्नत थर्मल व्यवस्थापन प्रविधिहरू आवश्यक पर्दछ।

वाइड-ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर पावर प्याकेजिङको क्षेत्रमा विभिन्न प्रकारका संरचनाहरू विकास गरिएका छन्। परम्परागत Si-आधारित पावर मोड्युल प्याकेजिङ अब उपयुक्त छैन। परम्परागत Si-आधारित पावर मोड्युल प्याकेजिङको उच्च परजीवी प्यारामिटरहरू र कमजोर ताप अपव्यय दक्षताको समस्या समाधान गर्न, SiC पावर मोड्युल प्याकेजिङले यसको संरचनामा वायरलेस इन्टरकनेक्सन र डबल-साइड कूलिंग टेक्नोलोजी अपनाउँछ, र राम्रो थर्मल चालकता भएको सब्सट्रेट सामग्रीहरू पनि अपनाउँछ, र मोड्युल संरचनामा डिकपलिंग क्यापेसिटरहरू, तापक्रम/वर्तमान सेन्सरहरू, र ड्राइभ सर्किटहरू एकीकृत गर्ने प्रयास गर्छ, र विभिन्न मोड्युल प्याकेजिङ प्रविधिहरू विकास गर्छ। यसबाहेक, SiC उपकरण निर्माणमा उच्च प्राविधिक अवरोधहरू छन् र उत्पादन लागत उच्च छ।

सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरू CVD मार्फत सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटमा एपिटेक्सियल तहहरू जम्मा गरेर उत्पादन गरिन्छ। यस प्रक्रियामा सफाई, अक्सिडेशन, फोटोलिथोग्राफी, एचिंग, फोटोरेसिस्टको स्ट्रिपिङ, आयन इम्प्लान्टेसन, सिलिकन नाइट्राइडको रासायनिक वाष्प निक्षेपण, पालिसिङ, स्पटरिङ, र SiC एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा उपकरण संरचना बनाउन पछिल्ला प्रशोधन चरणहरू समावेश छन्। SiC पावर उपकरणहरूका मुख्य प्रकारहरूमा SiC डायोडहरू, SiC ट्रान्जिस्टरहरू, र SiC पावर मोड्युलहरू समावेश छन्। ढिलो अपस्ट्रीम सामग्री उत्पादन गति र कम उपज दर जस्ता कारकहरूका कारण, सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरूको उत्पादन लागत अपेक्षाकृत उच्च हुन्छ।

यसको अतिरिक्त, सिलिकन कार्बाइड उपकरण निर्माणमा केही प्राविधिक कठिनाइहरू छन्:

१) सिलिकन कार्बाइड सामग्रीहरूको विशेषताहरूसँग मिल्दोजुल्दो विशेष प्रक्रिया विकास गर्न आवश्यक छ। उदाहरणका लागि: SiC मा उच्च पग्लने बिन्दु हुन्छ, जसले परम्परागत थर्मल प्रसारलाई अप्रभावी बनाउँछ। आयन इम्प्लान्टेसन डोपिङ विधि प्रयोग गर्न र तापक्रम, ताप दर, अवधि, र ग्यास प्रवाह जस्ता प्यारामिटरहरूलाई सही रूपमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ; SiC रासायनिक विलायकहरूको लागि निष्क्रिय छ। सुख्खा इचिङ जस्ता विधिहरू प्रयोग गर्नुपर्छ, र मास्क सामग्री, ग्यास मिश्रण, साइडवाल ढलानको नियन्त्रण, इचिङ दर, साइडवाल खस्रोपन, आदिलाई अनुकूलित र विकास गर्नुपर्छ;
२) सिलिकन कार्बाइड वेफरहरूमा धातु इलेक्ट्रोडहरूको निर्माणको लागि १०-५Ω२ भन्दा कम सम्पर्क प्रतिरोध आवश्यक पर्दछ। आवश्यकताहरू पूरा गर्ने इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू, Ni र Al, १००°C भन्दा माथि कम थर्मल स्थिरता हुन्छ, तर Al/Ni मा राम्रो थर्मल स्थिरता हुन्छ। /W/Au कम्पोजिट इलेक्ट्रोड सामग्रीको सम्पर्क विशिष्ट प्रतिरोध १०-३Ω२ बढी हुन्छ;
३) SiC मा उच्च काट्ने पहिरन छ, र SiC को कठोरता हीरा पछि दोस्रो स्थानमा छ, जसले काट्ने, पिस्ने, पालिस गर्ने र अन्य प्रविधिहरूको लागि उच्च आवश्यकताहरू अगाडि बढाउँछ।

यसबाहेक, ट्रेन्च सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरू निर्माण गर्न बढी गाह्रो हुन्छ। विभिन्न उपकरण संरचनाहरू अनुसार, सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरूलाई मुख्यतया प्लानर उपकरणहरू र ट्रेन्च उपकरणहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ। प्लानर सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरूमा राम्रो युनिट स्थिरता र सरल उत्पादन प्रक्रिया हुन्छ, तर JFET प्रभावको सम्भावना हुन्छ र उच्च परजीवी क्षमता र अन-स्टेट प्रतिरोध हुन्छ। प्लानर उपकरणहरूको तुलनामा, ट्रेन्च सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरूमा कम युनिट स्थिरता हुन्छ र अधिक जटिल उत्पादन प्रक्रिया हुन्छ। यद्यपि, ट्रेन्च संरचना उपकरण युनिट घनत्व बढाउन अनुकूल छ र JFET प्रभाव उत्पादन गर्ने सम्भावना कम छ, जुन च्यानल गतिशीलताको समस्या समाधान गर्न लाभदायक छ। यसमा सानो अन-प्रतिरोध, सानो परजीवी क्षमता, र कम स्विचिंग ऊर्जा खपत जस्ता उत्कृष्ट गुणहरू छन्। यसमा महत्त्वपूर्ण लागत र प्रदर्शन फाइदाहरू छन् र सिलिकन कार्बाइड पावर उपकरणहरूको विकासको मुख्यधारा दिशा बनेको छ। रोहमको आधिकारिक वेबसाइटका अनुसार, ROHM Gen3 संरचना (Gen1 Trench संरचना) Gen2 (Plannar2) चिप क्षेत्रको केवल ७५% हो, र ROHM Gen3 संरचनाको अन-रेजिस्टेन्स उही चिप आकार अन्तर्गत ५०% ले घटाइएको छ।

सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरूको निर्माण लागतको क्रमशः ४७%, २३%, १९%, ६% र ५% सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेट, एपिट्याक्सी, फ्रन्ट-एन्ड, अनुसन्धान र विकास खर्च र अन्य खर्चहरू हुन्।

अन्तमा, हामी सिलिकन कार्बाइड उद्योग शृङ्खलामा सब्सट्रेटहरूको प्राविधिक अवरोधहरू तोड्ने कुरामा ध्यान केन्द्रित गर्नेछौं।

सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटको उत्पादन प्रक्रिया सिलिकन-आधारित सब्सट्रेटको जस्तै छ, तर अझ गाह्रो छ।
सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटको निर्माण प्रक्रियामा सामान्यतया कच्चा पदार्थको संश्लेषण, क्रिस्टल वृद्धि, इन्गट प्रशोधन, इन्गट काट्ने, वेफर ग्राइन्डिङ, पालिस गर्ने, सफा गर्ने र अन्य लिङ्कहरू समावेश हुन्छन्।
क्रिस्टल वृद्धि चरण सम्पूर्ण प्रक्रियाको मूल हो, र यो चरणले सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटको विद्युतीय गुणहरू निर्धारण गर्दछ।

सिलिकन कार्बाइड सामग्रीहरू सामान्य अवस्थामा तरल चरणमा बढ्न गाह्रो हुन्छन्। आज बजारमा लोकप्रिय वाष्प चरण वृद्धि विधिको वृद्धि तापक्रम २३०० डिग्री सेल्सियसभन्दा माथि छ र वृद्धि तापक्रमको सटीक नियन्त्रण आवश्यक छ। सम्पूर्ण सञ्चालन प्रक्रिया अवलोकन गर्न लगभग गाह्रो छ। थोरै त्रुटिले उत्पादन स्क्र्यापिङ निम्त्याउँछ। तुलनात्मक रूपमा, सिलिकन सामग्रीहरूलाई केवल १६०० डिग्री सेल्सियस चाहिन्छ, जुन धेरै कम हो। सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटहरू तयार गर्न ढिलो क्रिस्टल वृद्धि र उच्च क्रिस्टल फारम आवश्यकताहरू जस्ता कठिनाइहरूको पनि सामना गर्नुपर्छ। सिलिकन कार्बाइड वेफर वृद्धि लगभग ७ देखि १० दिन लाग्छ, जबकि सिलिकन रड तान्न मात्र साढे २ दिन लाग्छ। यसबाहेक, सिलिकन कार्बाइड एक सामग्री हो जसको कठोरता हीरा पछि दोस्रो हो। यसले काट्ने, पिस्ने र पालिस गर्ने क्रममा धेरै गुमाउनेछ, र आउटपुट अनुपात केवल ६०% छ।

हामीलाई थाहा छ कि सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटको आकार बढाउने प्रवृत्ति हो, आकार बढ्दै जाँदा, व्यास विस्तार प्रविधिको आवश्यकताहरू बढ्दै गइरहेका छन्। क्रिस्टलको पुनरावृत्ति वृद्धि प्राप्त गर्न विभिन्न प्राविधिक नियन्त्रण तत्वहरूको संयोजन आवश्यक पर्दछ।