Den første generasjonen av halvledermaterialer er representert av tradisjonelt silisium (Si) og germanium (Ge), som er grunnlaget for produksjon av integrerte kretser. De er mye brukt i lavspennings-, lavfrekvente- og laveffektstransistorer og detektorer. Mer enn 90 % av halvlederprodukter er laget av silisiumbaserte materialer;
Andre generasjons halvledermaterialer er representert av galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP) og galliumfosfid (GaP). Sammenlignet med silisiumbaserte enheter har de høyfrekvente og høyhastighetsoptoelektroniske egenskaper og er mye brukt innen optoelektronikk og mikroelektronikk.
Den tredje generasjonen av halvledermaterialer er representert av nye materialer som silisiumkarbid (SiC), galliumnitrid (GaN), sinkoksid (ZnO), diamant (C) og aluminiumnitrid (AlN).
Silisiumkarbider et viktig basismateriale for utviklingen av tredjegenerasjons halvlederindustri. Silisiumkarbid-kraftenheter kan effektivt oppfylle kravene til høy effektivitet, miniatyrisering og lettvekt i kraftelektroniske systemer med sin utmerkede høyspenningsmotstand, høye temperaturmotstand, lave tap og andre egenskaper.
På grunn av sine overlegne fysiske egenskaper: høyt båndgap (tilsvarer høyt elektrisk felt med gjennomslagskraft og høy effekttetthet), høy elektrisk ledningsevne og høy termisk ledningsevne, forventes det å bli det mest brukte basismaterialet for å lage halvlederbrikker i fremtiden. Spesielt innen nye energikjøretøyer, solcelledrevet kraftproduksjon, jernbanetransport, smarte nett og andre felt, har det åpenbare fordeler.
SiC-produksjonsprosessen er delt inn i tre hovedtrinn: SiC-enkeltkrystallvekst, epitaksial lagvekst og enhetsproduksjon, som tilsvarer de fire hovedleddene i industrikjeden:substrat, epitaksi, enheter og moduler.
Den vanlige metoden for å produsere substrater bruker først den fysiske dampsublimeringsmetoden for å sublimere pulveret i et høytemperaturvakuummiljø, og dyrke silisiumkarbidkrystaller på overflaten av kimkrystallen gjennom kontroll av et temperaturfelt. Ved å bruke en silisiumkarbidwafer som substrat, brukes kjemisk dampavsetning til å avsette et lag med enkeltkrystall på waferen for å danne en epitaksial wafer. Blant annet kan dyrking av et epitaksiallag av silisiumkarbid på et ledende silisiumkarbidsubstrat lages til kraftenheter, som hovedsakelig brukes i elektriske kjøretøy, solceller og andre felt; dyrking av et epitaksiallag av galliumnitrid på et halvisolerendesilisiumkarbidsubstratkan videre gjøres om til radiofrekvensenheter, brukt i 5G-kommunikasjon og andre felt.
Foreløpig har silisiumkarbidsubstrater de høyeste tekniske barrierene i silisiumkarbidindustrikjeden, og silisiumkarbidsubstrater er de vanskeligste å produsere.
Produksjonsflaskehalsen for SiC er ikke fullstendig løst, og kvaliteten på råmaterialets krystallpilarer er ustabil og det er et utbytteproblem, noe som fører til høye kostnader for SiC-enheter. Det tar bare gjennomsnittlig 3 dager for silisiummateriale å vokse til en krystallstang, men det tar en uke for en silisiumkarbidkrystallstang. En generell silisiumkrystallstang kan bli 200 cm lang, men en silisiumkarbidkrystallstang kan bare bli 2 cm lang. Dessuten er SiC i seg selv et hardt og sprøtt materiale, og wafere laget av det er utsatt for kantflisning ved bruk av tradisjonell mekanisk skjæring, noe som påvirker produktets utbytte og pålitelighet. SiC-substrater er svært forskjellige fra tradisjonelle silisiumbarrer, og alt fra utstyr, prosesser, prosessering til skjæring må utvikles for å håndtere silisiumkarbid.
Silisiumkarbidindustrikjeden er hovedsakelig delt inn i fire hovedledd: substrat, epitaksi, enheter og applikasjoner. Substratmaterialer er grunnlaget for industrikjeden, epitaksiale materialer er nøkkelen til enhetsproduksjon, enheter er kjernen i industrikjeden, og applikasjoner er drivkraften for industriell utvikling. Oppstrømsindustrien bruker råvarer til å lage substratmaterialer gjennom fysiske dampsublimeringsmetoder og andre metoder, og bruker deretter kjemiske dampavsetningsmetoder og andre metoder for å dyrke epitaksiale materialer. Midtstrømsindustrien bruker oppstrømsmaterialer til å lage radiofrekvensenheter, kraftenheter og andre enheter, som til slutt brukes i nedstrøms 5G-kommunikasjon, elektriske kjøretøy, jernbanetransport, etc. Blant disse står substrat og epitaksi for 60 % av kostnadene for industrikjeden og er hovedverdien av industrikjeden.
SiC-substrat: SiC-krystaller produseres vanligvis ved hjelp av Lely-metoden. Internasjonale mainstream-produkter går over fra 4 tommer til 6 tommer, og 8-tommers ledende substratprodukter er blitt utviklet. Innenlandske substrater er hovedsakelig 4 tommer. Siden de eksisterende 6-tommers silisiumskiverproduksjonslinjene kan oppgraderes og transformeres for å produsere SiC-enheter, vil den høye markedsandelen for 6-tommers SiC-substrater opprettholdes i lang tid.
Prosessen med å produsere silisiumkarbidsubstrat er kompleks og vanskelig. Silisiumkarbidsubstrat er et sammensatt halvleder-enkrystallmateriale som består av to elementer: karbon og silisium. For tiden bruker industrien hovedsakelig høyrens karbonpulver og høyrens silisiumpulver som råmaterialer for å syntetisere silisiumkarbidpulver. Under et spesielt temperaturfelt brukes den modne fysiske dampoverføringsmetoden (PVT-metoden) til å dyrke silisiumkarbid i forskjellige størrelser i en krystallvekstovn. Krystallbarren blir til slutt bearbeidet, kuttet, slipt, polert, renset og utført på flere måter for å produsere et silisiumkarbidsubstrat.
Publiseringstid: 22. mai 2024