Kasusah téknis dina wafer silikon karbida kualitas luhur anu diproduksi sacara massal sacara stabil kalayan kinerja anu stabil diantarana:
1) Kusabab kristal kedah tumuwuh dina lingkungan anu disegel dina suhu luhur di luhur 2000°C, sarat kontrol suhu luhur pisan;
2) Kusabab silikon karbida gaduh langkung ti 200 struktur kristal, tapi ngan ukur sababaraha struktur silikon karbida kristal tunggal anu janten bahan semikonduktor anu diperyogikeun, babandingan silikon-ka-karbon, gradien suhu kamekaran, sareng kamekaran kristal kedah dikontrol sacara tepat salami prosés kamekaran kristal. Parameter sapertos kecepatan sareng tekanan aliran hawa;
3) Dina metode transmisi fase uap, téknologi ékspansi diaméter kamekaran kristal silikon karbida hésé pisan;
4) Karasa silikon karbida ampir sarua jeung inten, sarta téknik motong, ngagiling, jeung ngagosok téh hésé.
Wafer epitaksial SiC: biasana diproduksi ku metode déposisi uap kimia (CVD). Numutkeun jinis doping anu béda, éta dibagi kana wafer epitaksial tipe-n sareng tipe-p. Hantian Tiancheng sareng Dongguan Tianyu domestik parantos tiasa nyayogikeun wafer epitaksial SiC 4 inci/6 inci. Pikeun epitaksial SiC, hésé dikontrol dina widang tegangan tinggi, sareng kualitas epitaksial SiC gaduh dampak anu langkung ageung kana alat SiC. Leuwih ti éta, alat epitaksial dimonopoli ku opat perusahaan terkemuka dina industri ieu: Axitron, LPE, TEL sareng Nuflare.
Silikon karbida epitaksialWafer nujul kana wafer silikon karbida dimana hiji pilem kristal tunggal (lapisan epitaksial) kalayan sarat-sarat anu tangtu sareng sami sareng kristal substrat dipelak dina substrat silikon karbida asli. Tumuwuhna epitaksial utamina nganggo alat CVD (Chemical Vapor Deposition, ) atanapi alat MBE (Molecular Beam Epitaxy). Kusabab alat silikon karbida diproduksi langsung dina lapisan epitaksial, kualitas lapisan epitaksial langsung mangaruhan kinerja sareng hasil alat. Nalika kinerja tahan tegangan alat terus ningkat, ketebalan lapisan epitaksial anu saluyu janten langkung kandel sareng kontrolna janten langkung sesah. Sacara umum, nalika tegangan sakitar 600V, ketebalan lapisan epitaksial anu diperyogikeun nyaéta sakitar 6 mikron; nalika tegangan antara 1200-1700V, ketebalan lapisan epitaksial anu diperyogikeun ngahontal 10-15 mikron. Upami tegangan ngahontal langkung ti 10.000 volt, ketebalan lapisan epitaksial langkung ti 100 mikron tiasa diperyogikeun. Sabot ketebalan lapisan epitaksial terus ningkat, beuki hésé pikeun ngontrol keseragaman ketebalan sareng résistansivitas sareng kapadetan cacad.
Alat SiC: Sacara internasional, SiC SBD sareng MOSFET 600 ~ 1700V parantos diindustrialisasi. Produk utama beroperasi dina tingkat tegangan di handap 1200V sareng utamina nganggo kemasan TO. Dina hal harga, produk SiC di pasar internasional dibanderol sakitar 5-6 kali langkung luhur tibatan produk Si. Nanging, harga turun dina tingkat taunan 10%. Kalayan ékspansi bahan hulu sareng produksi alat dina 2-3 taun ka hareup, suplai pasar bakal ningkat, anu ngarah kana pangurangan harga salajengna. Diperkirakeun yén nalika harga ngahontal 2-3 kali lipat tibatan produk Si, kaunggulan anu dibawa ku biaya sistem anu dikirangan sareng kinerja anu ningkat laun-laun bakal ngadorong SiC pikeun ngeusian rohangan pasar alat Si.
Bungkusan tradisional dumasar kana substrat basis silikon, sedengkeun bahan semikonduktor generasi katilu meryogikeun desain anu anyar pisan. Ngagunakeun struktur bungkusan basis silikon tradisional pikeun alat daya celah pita lega tiasa ngenalkeun masalah sareng tantangan anyar anu aya hubunganana sareng frékuénsi, manajemen termal, sareng reliabilitas. Alat daya SiC langkung sénsitip kana kapasitansi parasit sareng induktansi. Dibandingkeun sareng alat Si, chip daya SiC gaduh kecepatan switching anu langkung gancang, anu tiasa nyababkeun overshoot, osilasi, paningkatan karugian switching, sareng bahkan gangguan fungsi alat. Salaku tambahan, alat daya SiC beroperasi dina suhu anu langkung luhur, anu meryogikeun téknik manajemen termal anu langkung maju.
Rupa-rupa struktur anu béda parantos dikembangkeun dina widang kemasan daya semikonduktor celah pita lega. Kemasan modul daya berbasis Si tradisional henteu cocog deui. Pikeun ngarengsekeun masalah parameter parasit anu luhur sareng efisiensi disipasi panas anu goréng tina kemasan modul daya berbasis Si tradisional, kemasan modul daya SiC ngadopsi interkoneksi nirkabel sareng téknologi pendinginan dua sisi dina strukturna, sareng ogé ngadopsi bahan substrat kalayan konduktivitas termal anu langkung saé, sareng nyobian ngahijikeun kapasitor decoupling, sensor suhu/arus, sareng sirkuit drive kana struktur modul, sareng ngembangkeun rupa-rupa téknologi kemasan modul anu béda. Salajengna, aya halangan téknis anu luhur pikeun manufaktur alat SiC sareng biaya produksi anu luhur.
Alat silikon karbida dihasilkeun ku cara neundeun lapisan epitaksial dina substrat silikon karbida ngaliwatan CVD. Prosésna ngalibatkeun beberesih, oksidasi, fotolitografi, etsa, ngaleupaskeun photoresist, implantasi ion, déposisi uap kimia silikon nitrida, polesan, sputtering, sareng léngkah-léngkah pamrosésan salajengna pikeun ngabentuk struktur alat dina substrat kristal tunggal SiC. Jenis utama alat daya SiC kalebet dioda SiC, transistor SiC, sareng modul daya SiC. Kusabab faktor-faktor sapertos kecepatan produksi bahan hulu anu laun sareng tingkat hasil anu handap, alat silikon karbida gaduh biaya manufaktur anu kawilang luhur.
Salian ti éta, manufaktur alat silikon karbida ngagaduhan sababaraha kasusah téknis:
1) Perlu dikembangkeun prosés khusus anu saluyu sareng karakteristik bahan silikon karbida. Salaku conto: SiC gaduh titik lebur anu luhur, anu ngajantenkeun difusi termal tradisional henteu efektif. Perlu nganggo metode doping implantasi ion sareng ngontrol parameter sapertos suhu, laju pemanasan, durasi, sareng aliran gas sacara akurat; SiC inert kana pangleyur kimia. Métode sapertos etsa garing kedah dianggo, sareng bahan topéng, campuran gas, kontrol lamping témbok sisi, laju etsa, karasana témbok sisi, jsb. kedah dioptimalkeun sareng dikembangkeun;
2) Pembuatan éléktroda logam dina wafer silikon karbida meryogikeun résistansi kontak di handap 10-5Ω2. Bahan éléktroda anu nyumponan sarat, Ni sareng Al, gaduh stabilitas termal anu goréng di luhur 100°C, tapi Al/Ni gaduh stabilitas termal anu langkung saé. Résistansi kontak spésifik bahan éléktroda komposit /W/Au langkung luhur 10-3Ω2;
3) SiC mibanda daya potong anu luhur, sareng karasana SiC kadua saatos inten, anu ngajukeun sarat anu langkung luhur pikeun motong, ngagiling, ngagosok sareng téknologi sanésna.
Leuwih ti éta, alat kakuatan silikon karbida parit leuwih hésé dijieun. Numutkeun struktur alat anu béda-béda, alat kakuatan silikon karbida utamana tiasa dibagi kana alat planar sareng alat parit. Alat kakuatan silikon karbida planar gaduh konsistensi unit anu saé sareng prosés manufaktur anu saderhana, tapi rentan ka pangaruh JFET sareng gaduh kapasitansi parasit anu luhur sareng résistansi on-state. Dibandingkeun sareng alat planar, alat kakuatan silikon karbida parit gaduh konsistensi unit anu langkung handap sareng gaduh prosés manufaktur anu langkung rumit. Nanging, struktur parit kondusif pikeun ningkatkeun kapadetan unit alat sareng kirang kamungkinan ngahasilkeun pangaruh JFET, anu mangpaat pikeun ngarengsekeun masalah mobilitas saluran. Éta gaduh sipat anu saé sapertos résistansi on leutik, kapasitansi parasit leutik, sareng konsumsi énergi switching anu handap. Éta gaduh kaunggulan biaya sareng kinerja anu signifikan sareng parantos janten arah utama pamekaran alat kakuatan silikon karbida. Numutkeun situs wéb resmi Rohm, struktur ROHM Gen3 (struktur Parit Gen1) ngan ukur 75% tina daérah chip Gen2 (Plannar2), sareng résistansi on struktur ROHM Gen3 dikirangan ku 50% dina ukuran chip anu sami.
Substrat silikon karbida, epitaksi, front-end, biaya R&D sareng anu sanésna masing-masing nyumbang 47%, 23%, 19%, 6% sareng 5% tina biaya manufaktur alat silikon karbida.
Pamungkas, urang bakal fokus kana ngarecah halangan téknis substrat dina ranté industri silikon karbida.
Prosés produksi substrat silikon karbida téh sarupa jeung substrat basis silikon, tapi leuwih hésé.
Prosés manufaktur substrat silikon karbida umumna ngawengku sintésis bahan baku, kamekaran kristal, pamrosésan ingot, motong ingot, ngagiling wafer, ngagosok, beberesih sareng tautan sanésna.
Tahap kamekaran kristal mangrupikeun inti tina sakabéh prosés, sareng léngkah ieu nangtukeun sipat listrik tina substrat silikon karbida.
Bahan silikon karbida hésé dipelak dina fase cair dina kaayaan normal. Métode tumuwuhna fase uap anu populér di pasar ayeuna gaduh suhu tumuwuh di luhur 2300°C sareng meryogikeun kontrol anu tepat kana suhu tumuwuhna. Sakabéh prosés operasi ampir hésé dititénan. Kasalahan sakedik bakal nyababkeun produk dikikis. Sabalikna, bahan silikon ngan ukur meryogikeun 1600℃, anu jauh langkung handap. Nyiapkeun substrat silikon karbida ogé nyanghareupan kasusah sapertos tumuwuhna kristal anu laun sareng sarat bentuk kristal anu luhur. Tumuwuhna wafer silikon karbida peryogi sakitar 7 dugi ka 10 dinten, sedengkeun narik rod silikon ngan ukur peryogi 2 satengah dinten. Leuwih ti éta, silikon karbida mangrupikeun bahan anu karasana kadua saatos inten. Éta bakal kaleungitan seueur nalika motong, ngagiling, sareng ngagosok, sareng rasio kaluaran ngan ukur 60%.
Urang terang yén trenna nyaéta ningkatkeun ukuran substrat silikon karbida, sabab ukuranana terus ningkat, sarat pikeun téknologi ékspansi diaméter beuki luhur. Éta meryogikeun kombinasi rupa-rupa unsur kontrol téknis pikeun ngahontal kamekaran kristal anu iteratif.
Waktos posting: 22 Méi-2024