Den första generationen av halvledarmaterial representeras av traditionellt kisel (Si) och germanium (Ge), vilka är grunden för tillverkning av integrerade kretsar. De används ofta i lågspännings-, lågfrekventa- och lågeffektstransistorer och detektorer. Mer än 90 % av halvledarprodukterna är tillverkade av kiselbaserade material;
Andra generationens halvledarmaterial representeras av galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP) och galliumfosfid (GaP). Jämfört med kiselbaserade komponenter har de högfrekventa och snabba optoelektroniska egenskaper och används ofta inom optoelektronik och mikroelektronik.
Den tredje generationen av halvledarmaterial representeras av nya material som kiselkarbid (SiC), galliumnitrid (GaN), zinkoxid (ZnO), diamant (C) och aluminiumnitrid (AlN).
Kiselkarbidär ett viktigt grundmaterial för utvecklingen av tredje generationens halvledarindustri. Kiselkarbidkraftkomponenter kan effektivt uppfylla kraven på hög effektivitet, miniatyrisering och lättvikt hos kraftelektroniska system tack vare deras utmärkta högspänningsbeständighet, höga temperaturbeständighet, låga förluster och andra egenskaper.
På grund av dess överlägsna fysikaliska egenskaper: högt bandgap (motsvarande ett högt genombrottselektriskt fält och hög effekttäthet), hög elektrisk ledningsförmåga och hög värmeledningsförmåga, förväntas det bli det mest använda basmaterialet för tillverkning av halvledarchips i framtiden. Speciellt inom områdena nya energifordon, solcellsproduktion, järnvägstransporter, smarta nät och andra områden har det uppenbara fördelar.
SiC-produktionsprocessen är indelad i tre huvudsteg: SiC-enkristalltillväxt, epitaxiell lagertillväxt och tillverkning av komponenter, vilka motsvarar de fyra huvudlänkarna i den industriella kedjan:substrat, epitaxi, enheter och moduler.
Den vanliga metoden för att tillverka substrat använder först den fysiska ångsublimeringsmetoden för att sublimera pulvret i en högtemperaturvakuummiljö och odla kiselkarbidkristaller på ytan av ympkristallen genom kontroll av ett temperaturfält. Med en kiselkarbidskiva som substrat används kemisk ångavsättning för att avsätta ett lager av enkristall på skivan för att bilda en epitaxialskiva. Bland dessa kan odling av ett epitaxialskikt av kiselkarbid på ett ledande kiselkarbidsubstrat göras till kraftenheter, som huvudsakligen används i elfordon, solceller och andra områden; odling av ett epitaxialskikt av galliumnitrid på ett halvisolerandekiselkarbidsubstratkan vidare omvandlas till radiofrekvensenheter, som används inom 5G-kommunikation och andra områden.
För närvarande har kiselkarbidsubstrat de högsta tekniska hindren i kiselkarbidindustrikedjan, och kiselkarbidsubstrat är de svåraste att producera.
Produktionsflaskhalsen för SiC har inte lösts helt, och kvaliteten på råmaterialkristallpelarna är instabil och det finns ett utbytesproblem, vilket leder till höga kostnader för SiC-komponenter. Det tar bara i genomsnitt 3 dagar för kiselmaterial att växa till en kristallstav, men det tar en vecka för en kiselkarbidkristallstav. En vanlig kiselkristallstav kan bli 200 cm lång, men en kiselkarbidkristallstav kan bara bli 2 cm lång. Dessutom är SiC i sig ett hårt och sprött material, och wafers tillverkade av det är benägna att flisas av vid traditionell mekanisk skärning, vilket påverkar produktens utbyte och tillförlitlighet. SiC-substrat skiljer sig mycket från traditionella kiseltackor, och allt från utrustning, processer, bearbetning till skärning måste utvecklas för att hantera kiselkarbid.
Kiselkarbidindustrins kedja är huvudsakligen indelad i fyra huvudlänkar: substrat, epitaxi, anordningar och tillämpningar. Substratmaterial är grunden för industrikedjan, epitaxiella material är nyckeln till tillverkning av anordningar, anordningar är kärnan i industrikedjan och tillämpningar är drivkraften för industriell utveckling. Uppströmsindustrin använder råvaror för att tillverka substratmaterial genom fysisk ångsublimering och andra metoder, och använder sedan kemiska ångavsättningsmetoder och andra metoder för att odla epitaxiella material. Mellanströmsindustrin använder uppströmsmaterial för att tillverka radiofrekvensanordningar, kraftanordningar och andra anordningar, som slutligen används i nedströms 5G-kommunikation, elfordon, järnvägstransporter etc. Bland dessa står substrat och epitaxi för 60 % av kostnaden för industrikedjan och är det huvudsakliga värdet i industrikedjan.
SiC-substrat: SiC-kristaller tillverkas vanligtvis med Lely-metoden. Internationella mainstream-produkter övergår från 4 tum till 6 tum, och 8-tums ledande substratprodukter har utvecklats. Inhemska substrat är huvudsakligen 4 tum. Eftersom de befintliga produktionslinjerna för 6-tums kiselskivor kan uppgraderas och omvandlas för att producera SiC-komponenter, kommer den höga marknadsandelen för 6-tums SiC-substrat att bibehållas under lång tid.
Kiselkarbidsubstratprocessen är komplex och svår att producera. Kiselkarbidsubstrat är ett sammansatt halvledande enkristallmaterial som består av två element: kol och kisel. För närvarande använder industrin huvudsakligen högrent kolpulver och högrent kiselpulver som råmaterial för att syntetisera kiselkarbidpulver. Under ett speciellt temperaturfält används den mogna fysiska ångtransmissionsmetoden (PVT-metoden) för att odla kiselkarbid av olika storlekar i en kristalltillväxtugn. Kristallgötet bearbetas slutligen, skärs, slipas, poleras, rengörs och utförs på flera andra sätt för att producera ett kiselkarbidsubstrat.
Publiceringstid: 22 maj 2024