Prima generație de materiale semiconductoare este reprezentată de siliciul (Si) și germaniul (Ge) tradiționale, care stau la baza fabricării circuitelor integrate. Acestea sunt utilizate pe scară largă în tranzistoare și detectoare de joasă tensiune, joasă frecvență și putere redusă. Peste 90% din produsele semiconductoare sunt fabricate din materiale pe bază de siliciu;
Materialele semiconductoare de a doua generație sunt reprezentate de arsenură de galiu (GaAs), fosfură de indiu (InP) și fosfură de galiu (GaP). Comparativ cu dispozitivele pe bază de siliciu, acestea au proprietăți optoelectronice de înaltă frecvență și viteză mare și sunt utilizate pe scară largă în domeniile optoelectronicii și microelectronicii.
A treia generație de materiale semiconductoare este reprezentată de materiale emergente precum carbura de siliciu (SiC), nitrura de galiu (GaN), oxidul de zinc (ZnO), diamantul (C) și nitrura de aluminiu (AlN).
Carbură de siliciueste un material de bază important pentru dezvoltarea industriei semiconductorilor de a treia generație. Dispozitivele de putere din carbură de siliciu pot satisface eficient cerințele de eficiență ridicată, miniaturizare și greutate redusă ale sistemelor electronice de putere datorită rezistenței lor excelente la înaltă tensiune, rezistenței la temperaturi ridicate, pierderilor reduse și altor proprietăți.
Datorită proprietăților sale fizice superioare: bandă interzisă mare (corespunzătoare unui câmp electric de străpungere ridicat și unei densități de putere ridicate), conductivitate electrică ridicată și conductivitate termică ridicată, se așteaptă să devină materialul de bază cel mai utilizat pentru fabricarea de cipuri semiconductoare în viitor. În special în domeniile vehiculelor cu energie nouă, generării de energie fotovoltaică, transportului feroviar, rețelelor inteligente și altor domenii, are avantaje evidente.
Procesul de producție a SiC este împărțit în trei etape majore: creșterea monocristalului de SiC, creșterea stratului epitaxial și fabricarea dispozitivelor, care corespund celor patru verigi majore ale lanțului industrial:substrat, epitaxie, dispozitive și module.
Metoda principală de fabricare a substraturilor utilizează mai întâi metoda sublimării fizice prin vapori pentru a sublima pulberea într-un mediu de vid la temperatură înaltă și a crește cristale de carbură de siliciu pe suprafața cristalului de însămânțare prin controlul unui câmp de temperatură. Folosind o plachetă de carbură de siliciu ca substrat, depunerea chimică prin vapori este utilizată pentru a depune un strat de monocristal pe plachetă pentru a forma o plachetă epitaxială. Printre acestea, creșterea unui strat epitaxial de carbură de siliciu pe un substrat conductiv de carbură de siliciu poate fi transformată în dispozitive de alimentare, care sunt utilizate în principal în vehicule electrice, fotovoltaică și alte domenii; creșterea unui strat epitaxial de nitrură de galiu pe un substrat semiizolant...substrat de carbură de siliciupot fi transformate în dispozitive de radiofrecvență, utilizate în comunicațiile 5G și în alte domenii.
Deocamdată, substraturile din carbură de siliciu prezintă cele mai mari bariere tehnice din lanțul industrial al carburii de siliciu, iar substraturile din carbură de siliciu sunt cele mai dificil de produs.
Problema cu producția de SiC nu a fost rezolvată complet, iar calitatea materiilor prime din cristale este instabilă și există o problemă de randament, ceea ce duce la costul ridicat al dispozitivelor SiC. Durează în medie doar 3 zile pentru ca materialul de siliciu să se transforme într-o tijă de cristal, dar durează o săptămână pentru o tijă de cristal din carbură de siliciu. O tijă de cristal de siliciu generală poate crește până la 200 cm lungime, dar o tijă de cristal din carbură de siliciu poate crește doar până la 2 cm lungime. Mai mult, SiC în sine este un material dur și fragil, iar napolitanele fabricate din acesta sunt predispuse la ciobire a marginilor atunci când se utilizează tăierea mecanică tradițională a napolitanelor, ceea ce afectează randamentul și fiabilitatea produsului. Substraturile de SiC sunt foarte diferite de lingourile de siliciu tradiționale și totul, de la echipamente, procese, procesare până la tăiere, trebuie dezvoltat pentru a gestiona carbura de siliciu.
Lanțul industrial al carburii de siliciu este împărțit în principal în patru verigi majore: substrat, epitaxie, dispozitive și aplicații. Materialele substrat sunt fundamentul lanțului industrial, materialele epitaxiale sunt cheia fabricării dispozitivelor, dispozitivele sunt nucleul lanțului industrial, iar aplicațiile sunt forța motrice a dezvoltării industriale. Industria din amonte folosește materii prime pentru a produce materiale substrat prin metode de sublimare fizică a vaporilor și alte metode, apoi folosește metode de depunere chimică a vaporilor și alte metode pentru a produce materiale epitaxiale. Industria din amonte folosește materiale din amonte pentru a produce dispozitive de radiofrecvență, dispozitive de alimentare și alte dispozitive, care sunt utilizate în cele din urmă în comunicațiile 5G din aval, vehicule electrice, transport feroviar etc. Printre acestea, substratul și epitaxia reprezintă 60% din costul lanțului industrial și reprezintă principala valoare a lanțului industrial.
Substrat SiC: Cristalele de SiC sunt de obicei fabricate folosind metoda Lely. Produsele internaționale mainstream trec de la 4 inci la 6 inci, fiind dezvoltate produse cu substrat conductiv de 8 inci. Substraturile autohtone au în principal 4 inci. Deoarece liniile de producție existente pentru plachete de siliciu de 6 inci pot fi modernizate și transformate pentru a produce dispozitive SiC, cota de piață ridicată a substraturilor SiC de 6 inci se va menține pentru o lungă perioadă de timp.
Procesul de fabricare a substratului de carbură de siliciu este complex și dificil de produs. Substratul de carbură de siliciu este un material semiconductor compus, monocristal, alcătuit din două elemente: carbon și siliciu. În prezent, industria utilizează în principal pulbere de carbon de înaltă puritate și pulbere de siliciu de înaltă puritate ca materii prime pentru a sintetiza pulberea de carbură de siliciu. Sub un câmp de temperatură special, metoda de transmitere fizică a vaporilor maturi (metoda PVT) este utilizată pentru a crește carbură de siliciu de diferite dimensiuni într-un cuptor de creștere a cristalelor. Lingoul de cristal este în final prelucrat, tăiat, șlefuit, lustruit, curățat și alte multiple procese pentru a produce un substrat de carbură de siliciu.
Data publicării: 22 mai 2024