Vështirësitë teknike në prodhimin masiv të qëndrueshëm të pllakave të karbidit të silikonit me cilësi të lartë me performancë të qëndrueshme përfshijnë:
1) Meqenëse kristalet duhet të rriten në një mjedis të mbyllur me temperaturë të lartë mbi 2000°C, kërkesat për kontrollin e temperaturës janë jashtëzakonisht të larta;
2) Meqenëse karbidi i silicit ka më shumë se 200 struktura kristalore, por vetëm disa struktura të karbidit të silicit me një kristal të vetëm janë materialet gjysmëpërçuese të kërkuara, raporti silic-karbon, gradienti i temperaturës së rritjes dhe rritja e kristalit duhet të kontrollohen me saktësi gjatë procesit të rritjes së kristalit. Parametra të tillë si shpejtësia dhe presioni i rrjedhës së ajrit;
3) Sipas metodës së transmetimit në fazën e avullit, teknologjia e zgjerimit të diametrit të rritjes së kristalit të karbidit të silicit është jashtëzakonisht e vështirë;
4) Fortësia e karbidit të silicit është afër asaj të diamantit, dhe teknikat e prerjes, bluarjes dhe lustrimit janë të vështira.
Napolita epitaksiale SiC: zakonisht prodhohen me metodën e depozitimit kimik të avullit (CVD). Sipas llojeve të ndryshme të dopaminimit, ato ndahen në napolita epitaksiale të tipit n dhe p. Hantian Tiancheng dhe Dongguan Tianyu vendase tashmë mund të ofrojnë napolita epitaksiale SiC 4 inç/6 inç. Për epitaksinë SiC, është e vështirë të kontrollohet në fushën e tensionit të lartë, dhe cilësia e epitaksisë SiC ka një ndikim më të madh në pajisjet SiC. Për më tepër, pajisjet epitaksiale janë të monopolizuara nga katër kompanitë kryesore në industri: Axitron, LPE, TEL dhe Nuflare.
Epitaksial i karabit të silikonitTermi "vafer" i referohet një vaferi prej karabit silikoni në të cilin një film kristali i vetëm (shtresa epitaksiale) me kërkesa të caktuara dhe të njëjta me kristalin e substratit rritet në substratin origjinal të karabit silikoni. Rritja epitaksiale përdor kryesisht pajisje CVD (Depozitimi Kimik i Avujve) ose pajisje MBE (Epitaksi me Rreze Molekulare). Meqenëse pajisjet prej karabit silikoni prodhohen direkt në shtresën epitaksiale, cilësia e shtresës epitaksiale ndikon drejtpërdrejt në performancën dhe rendimentin e pajisjes. Ndërsa performanca e rezistencës ndaj tensionit të pajisjes vazhdon të rritet, trashësia e shtresës përkatëse epitaksiale bëhet më e trashë dhe kontrolli bëhet më i vështirë. Në përgjithësi, kur tensioni është rreth 600V, trashësia e kërkuar e shtresës epitaksiale është rreth 6 mikronë; kur tensioni është midis 1200-1700V, trashësia e kërkuar e shtresës epitaksiale arrin 10-15 mikronë. Nëse tensioni arrin më shumë se 10,000 volt, mund të kërkohet një trashësi e shtresës epitaksiale prej më shumë se 100 mikronësh. Ndërsa trashësia e shtresës epitaksiale vazhdon të rritet, bëhet gjithnjë e më e vështirë të kontrollohet trashësia, uniformiteti i rezistencës dhe dendësia e defekteve.
Pajisjet SiC: Në nivel ndërkombëtar, SBD dhe MOSFET SiC 600~1700V janë industrializuar. Produktet kryesore funksionojnë në nivele tensioni nën 1200V dhe kryesisht përdorin paketimin TO. Sa i përket çmimeve, produktet SiC në tregun ndërkombëtar kanë çmime rreth 5-6 herë më të larta se homologët e tyre Si. Megjithatë, çmimet po ulen me një normë vjetore prej 10%. Me zgjerimin e materialeve dhe prodhimit të pajisjeve në rrjedhën e sipërme në 2-3 vitet e ardhshme, furnizimi i tregut do të rritet, duke çuar në ulje të mëtejshme të çmimeve. Pritet që kur çmimi të arrijë 2-3 herë më të lartë se ai i produkteve Si, avantazhet e sjella nga kostot e reduktuara të sistemit dhe performanca e përmirësuar do ta shtyjnë gradualisht SiC të zërë hapësirën e tregut të pajisjeve Si.
Paketimi tradicional bazohet në substrate me bazë silikoni, ndërsa materialet gjysmëpërçuese të gjeneratës së tretë kërkojnë një dizajn krejtësisht të ri. Përdorimi i strukturave tradicionale të paketimit me bazë silikoni për pajisjet e energjisë me gjerësi bande mund të sjellë probleme dhe sfida të reja që lidhen me frekuencën, menaxhimin termik dhe besueshmërinë. Pajisjet e energjisë SiC janë më të ndjeshme ndaj kapacitetit dhe induktancës parazitare. Krahasuar me pajisjet Si, çipat e energjisë SiC kanë shpejtësi më të larta ndërrimi, të cilat mund të çojnë në tejkalim, lëkundje, rritje të humbjeve të ndërrimit dhe madje edhe keqfunksionime të pajisjeve. Përveç kësaj, pajisjet e energjisë SiC funksionojnë në temperatura më të larta, duke kërkuar teknika më të përparuara të menaxhimit termik.
Një sërë strukturash të ndryshme janë zhvilluar në fushën e paketimit të energjisë gjysmëpërçuese me gjerësi bande të gjerë. Paketimi tradicional i moduleve të energjisë me bazë Si nuk është më i përshtatshëm. Për të zgjidhur problemet e parametrave të lartë parazitarë dhe efikasitetit të dobët të shpërndarjes së nxehtësisë të paketimit tradicional të moduleve të energjisë me bazë Si, paketimi i moduleve të energjisë SiC përdor ndërlidhjen pa tel dhe teknologjinë e ftohjes me dy anë në strukturën e tij, dhe gjithashtu përdor materialet e substratit me përçueshmëri termike më të mirë, dhe është përpjekur të integrojë kondensatorë shkëputës, sensorë temperature/rryme dhe qarqe drejtimi në strukturën e modulit, dhe ka zhvilluar një sërë teknologjish të ndryshme të paketimit të moduleve. Për më tepër, ekzistojnë pengesa të larta teknike për prodhimin e pajisjeve SiC dhe kostot e prodhimit janë të larta.
Pajisjet prej karabit të silikonit prodhohen duke depozituar shtresa epitaksiale në një substrat karabit të silikonit nëpërmjet CVD-së. Procesi përfshin pastrimin, oksidimin, fotolitografinë, gdhendjen, zhveshjen e fotorezistit, implantimin e joneve, depozitimin kimik të avullit të nitritit të silikonit, lustrimin, spërkatjen dhe hapat pasues të përpunimit për të formuar strukturën e pajisjes në substratin monokristalor SiC. Llojet kryesore të pajisjeve të fuqisë SiC përfshijnë diodat SiC, transistorët SiC dhe modulet e fuqisë SiC. Për shkak të faktorëve të tillë si shpejtësia e ngadaltë e prodhimit të materialit në rrjedhën e sipërme dhe shkallët e ulëta të rendimentit, pajisjet prej karabit të silikonit kanë kosto relativisht të larta prodhimi.
Përveç kësaj, prodhimi i pajisjeve të karabit të silikonit ka vështirësi të caktuara teknike:
1) Është e nevojshme të zhvillohet një proces specifik që është në përputhje me karakteristikat e materialeve të karabit të silikonit. Për shembull: SiC ka një pikë të lartë shkrirjeje, gjë që e bën difuzionin tradicional termik joefektiv. Është e nevojshme të përdoret metoda e dopingut të implantimit jonik dhe të kontrollohen me saktësi parametra të tillë si temperatura, shkalla e ngrohjes, kohëzgjatja dhe rrjedha e gazit; SiC është inert ndaj tretësve kimikë. Duhet të përdoren metoda të tilla si gdhendja e thatë, dhe materialet maskuese, përzierjet e gazrave, kontrolli i pjerrësisë së murit anësor, shkalla e gdhendjes, vrazhdësia e murit anësor, etj., duhet të optimizohen dhe zhvillohen;
2) Prodhimi i elektrodave metalike në pllaka karbidi silikoni kërkon rezistencë kontakti nën 10-5Ω2. Materialet e elektrodave që plotësojnë kërkesat, Ni dhe Al, kanë stabilitet të dobët termik mbi 100°C, por Al/Ni ka stabilitet termik më të mirë. Rezistenca specifike e kontaktit të materialit të elektrodës kompozite /W/Au është 10-3Ω2 më e lartë;
3) SiC ka konsum të lartë në prerje, dhe fortësia e SiC është e dyta vetëm pas diamantit, gjë që paraqet kërkesa më të larta për prerjen, bluarjen, lustrimin dhe teknologji të tjera.
Për më tepër, pajisjet e energjisë prej karabit të silikonit në kanal janë më të vështira për t'u prodhuar. Sipas strukturave të ndryshme të pajisjeve, pajisjet e energjisë prej karabit të silikonit mund të ndahen kryesisht në pajisje planare dhe pajisje kanalesh. Pajisjet e energjisë prej karabit të silikonit në kanal kanë konsistencë të mirë njësie dhe proces të thjeshtë prodhimi, por janë të prirura ndaj efektit JFET dhe kanë kapacitet të lartë parazitar dhe rezistencë ndaj gjendjes së ndezur. Krahasuar me pajisjet planare, pajisjet e energjisë prej karabit të silikonit në kanal kanë konsistencë më të ulët njësie dhe kanë një proces prodhimi më kompleks. Megjithatë, struktura e kanalit është e favorshme për rritjen e dendësisë së njësisë së pajisjes dhe ka më pak të ngjarë të prodhojë efektin JFET, i cili është i dobishëm për zgjidhjen e problemit të lëvizshmërisë së kanalit. Ajo ka veti të shkëlqyera si rezistencë e vogël në lidhje, kapacitet i vogël parazitar dhe konsum i ulët i energjisë së ndërrimit. Ka avantazhe të konsiderueshme në kosto dhe performancë dhe është bërë drejtimi kryesor i zhvillimit të pajisjeve të energjisë prej karabit të silikonit. Sipas faqes zyrtare të internetit të Rohm, struktura ROHM Gen3 (struktura Gen1 Trench) zë vetëm 75% të sipërfaqes së çipit Gen2 (Plannar2), dhe rezistenca ndaj ndezjes e strukturës ROHM Gen3 zvogëlohet me 50% nën të njëjtën madhësi çipi.
Substrati i karbit të silicit, epitaksia, shpenzimet e përparme, shpenzimet e kërkim-zhvillimit dhe të tjera përbëjnë përkatësisht 47%, 23%, 19%, 6% dhe 5% të kostos së prodhimit të pajisjeve të karbit të silicit.
Së fundmi, do të përqendrohemi në thyerjen e barrierave teknike të substrateve në zinxhirin e industrisë së karbidit të silikonit.
Procesi i prodhimit të substrateve të karbidit të silikonit është i ngjashëm me atë të substrateve me bazë silikoni, por më i vështirë.
Procesi i prodhimit të substratit të karbidit të silicit në përgjithësi përfshin sintezën e lëndës së parë, rritjen e kristaleve, përpunimin e lingotave, prerjen e lingotave, bluarjen e pllakave, lustrimin, pastrimin dhe lidhje të tjera.
Faza e rritjes së kristalit është thelbi i të gjithë procesit, dhe ky hap përcakton vetitë elektrike të substratit të karbidit të silikonit.
Materialet e karbit të silikonit janë të vështira për t'u rritur në fazën e lëngshme në kushte normale. Metoda e rritjes në fazën e avullit, e popullarizuar në treg sot, ka një temperaturë rritjeje mbi 2300°C dhe kërkon kontroll të saktë të temperaturës së rritjes. I gjithë procesi i funksionimit është pothuajse i vështirë për t'u vërejtur. Një gabim i vogël do të çojë në skrapimin e produktit. Në krahasim, materialet e silikonit kërkojnë vetëm 1600℃, që është shumë më e ulët. Përgatitja e substrateve të karbit të silikonit gjithashtu përballet me vështirësi të tilla si rritja e ngadaltë e kristalit dhe kërkesat e larta për formën e kristalit. Rritja e fletës së karbit të silikonit zgjat rreth 7 deri në 10 ditë, ndërsa tërheqja e shufrës së silikonit zgjat vetëm 2 ditë e gjysmë. Për më tepër, karbidi i silikonit është një material fortësia e të cilit është e dyta vetëm pas diamantit. Ai do të humbasë shumë gjatë prerjes, bluarjes dhe lustrimit, dhe raporti i prodhimit është vetëm 60%.
Ne e dimë se tendenca është rritja e madhësisë së substrateve të karbidit të silikonit, ndërsa madhësia vazhdon të rritet, kërkesat për teknologjinë e zgjerimit të diametrit po bëhen gjithnjë e më të larta. Kjo kërkon një kombinim të elementëve të ndryshëm të kontrollit teknik për të arritur rritje iterative të kristaleve.
Koha e postimit: 22 maj 2024