A primeira geração de materiais semicondutores é representada pelos tradicionais silício (Si) e germânio (Ge), que são a base para a fabricação de circuitos integrados. São amplamente utilizados em transistores e detectores de baixa tensão, baixa frequência e baixa potência. Mais de 90% dos produtos semicondutores são feitos de materiais à base de silício;
Os materiais semicondutores de segunda geração são representados por arsenieto de gálio (GaAs), fosfeto de índio (InP) e fosfeto de gálio (GaP). Comparados aos dispositivos à base de silício, eles apresentam propriedades optoeletrônicas de alta frequência e alta velocidade e são amplamente utilizados nas áreas de optoeletrônica e microeletrônica.
A terceira geração de materiais semicondutores é representada por materiais emergentes como carboneto de silício (SiC), nitreto de gálio (GaN), óxido de zinco (ZnO), diamante (C) e nitreto de alumínio (AlN).
Carboneto de silícioÉ um material básico importante para o desenvolvimento da indústria de semicondutores de terceira geração. Dispositivos de energia de carboneto de silício podem atender efetivamente aos requisitos de alta eficiência, miniaturização e leveza dos sistemas eletrônicos de potência, com sua excelente resistência a altas tensões, alta temperatura, baixa perda e outras propriedades.
Devido às suas propriedades físicas superiores: alta banda proibida (correspondente a um alto campo elétrico de ruptura e alta densidade de potência), alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica, espera-se que se torne o material básico mais amplamente utilizado para a fabricação de chips semicondutores no futuro. Apresenta vantagens óbvias, especialmente nas áreas de veículos de nova energia, geração de energia fotovoltaica, transporte ferroviário, redes inteligentes e outras áreas.
O processo de produção de SiC é dividido em três etapas principais: crescimento de cristal único de SiC, crescimento da camada epitaxial e fabricação do dispositivo, que correspondem aos quatro principais elos da cadeia industrial:substrato, epitaxia, dispositivos e módulos.
O método convencional de fabricação de substratos utiliza inicialmente o método de sublimação física de vapor para sublimar o pó em um ambiente de vácuo de alta temperatura e cultivar cristais de carboneto de silício na superfície do cristal semente por meio do controle de um campo de temperatura. Utilizando uma pastilha de carboneto de silício como substrato, a deposição química de vapor é usada para depositar uma camada de cristal único sobre a pastilha, formando uma pastilha epitaxial. Entre elas, o cultivo de uma camada epitaxial de carboneto de silício sobre um substrato condutor de carboneto de silício pode ser transformado em dispositivos de energia, utilizados principalmente em veículos elétricos, energia fotovoltaica e outras áreas; o cultivo de uma camada epitaxial de nitreto de gálio sobre um semi-isolante.substrato de carboneto de silíciopodem ainda ser transformados em dispositivos de radiofrequência, usados em comunicações 5G e outros campos.
Por enquanto, os substratos de carboneto de silício têm as maiores barreiras técnicas na cadeia da indústria de carboneto de silício, e são os mais difíceis de produzir.
O gargalo na produção de SiC não foi completamente resolvido, e a qualidade dos pilares de cristal da matéria-prima é instável e há um problema de rendimento, o que leva ao alto custo dos dispositivos de SiC. Leva em média apenas 3 dias para o material de silício se transformar em uma haste de cristal, mas leva uma semana para uma haste de cristal de carboneto de silício. Uma haste de cristal de silício geral pode crescer 200 cm de comprimento, mas uma haste de cristal de carboneto de silício pode crescer apenas 2 cm de comprimento. Além disso, o próprio SiC é um material duro e quebradiço, e os wafers feitos dele são propensos a lascas nas bordas ao usar o corte mecânico tradicional de wafers, o que afeta o rendimento e a confiabilidade do produto. Os substratos de SiC são muito diferentes dos lingotes de silício tradicionais, e tudo, desde equipamentos, processos, processamento até o corte, precisa ser desenvolvido para lidar com o carboneto de silício.
A cadeia da indústria de carboneto de silício é dividida principalmente em quatro elos principais: substrato, epitaxia, dispositivos e aplicações. Os materiais do substrato são a base da cadeia da indústria, os materiais epitaxiais são a chave para a fabricação de dispositivos, os dispositivos são o núcleo da cadeia da indústria e as aplicações são a força motriz para o desenvolvimento industrial. A indústria upstream usa matérias-primas para fazer materiais de substrato por meio de métodos físicos de sublimação de vapor e outros métodos, e então usa métodos químicos de deposição de vapor e outros métodos para cultivar materiais epitaxiais. A indústria midstream usa materiais upstream para fazer dispositivos de radiofrequência, dispositivos de energia e outros dispositivos, que são finalmente usados em comunicações 5G downstream, veículos elétricos, transporte ferroviário, etc. Entre eles, substrato e epitaxia representam 60% do custo da cadeia da indústria e são o principal valor da cadeia da indústria.
Substrato de SiC: Cristais de SiC são geralmente fabricados usando o método Lely. Os produtos tradicionais internacionais estão migrando de 4 polegadas para 6 polegadas, e substratos condutores de 8 polegadas foram desenvolvidos. Os substratos nacionais são principalmente de 4 polegadas. Como as linhas de produção de wafers de silício de 6 polegadas existentes podem ser atualizadas e transformadas para produzir dispositivos de SiC, a alta participação de mercado dos substratos de SiC de 6 polegadas será mantida por um longo tempo.
O processo de produção do substrato de carboneto de silício é complexo e difícil. O substrato de carboneto de silício é um material monocristalino semicondutor composto por dois elementos: carbono e silício. Atualmente, a indústria utiliza principalmente pó de carbono de alta pureza e pó de silício de alta pureza como matérias-primas para sintetizar o pó de carboneto de silício. Sob um campo de temperatura especial, o método de transmissão física de vapor (método PVT) é usado para cultivar carboneto de silício de diferentes tamanhos em um forno de crescimento de cristais. O lingote de cristal é finalmente processado, cortado, moído, polido, limpo e passa por vários outros processos para produzir um substrato de carboneto de silício.
Horário de publicação: 22 de maio de 2024