Ugumu wa kiufundi katika kafe za kabidi za silikoni zenye ubora wa juu zinazozalisha kwa wingi kwa uthabiti na utendaji thabiti ni pamoja na:
1) Kwa kuwa fuwele zinahitaji kukua katika mazingira yenye joto la juu zaidi ya 2000°C, mahitaji ya udhibiti wa halijoto ni ya juu sana;
2) Kwa kuwa kabidi ya silikoni ina miundo zaidi ya 200 ya fuwele, lakini ni miundo michache tu ya kabidi ya silikoni ya fuwele moja ndiyo nyenzo zinazohitajika za nusu-semiconductor, uwiano wa silicon-kwa-kaboni, mteremko wa joto la ukuaji, na ukuaji wa fuwele unahitaji kudhibitiwa kwa usahihi wakati wa mchakato wa ukuaji wa fuwele. Vigezo kama vile kasi na shinikizo la mtiririko wa hewa;
3) Chini ya mbinu ya upitishaji wa awamu ya mvuke, teknolojia ya upanuzi wa kipenyo cha ukuaji wa fuwele za silicon carbide ni ngumu sana;
4) Ugumu wa kabidi ya silikoni uko karibu na ule wa almasi, na mbinu za kukata, kusaga, na kung'arisha ni ngumu.
Wafers za epitaxial za SiC: kwa kawaida hutengenezwa kwa njia ya uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD). Kulingana na aina tofauti za doping, zimegawanywa katika wafers za epitaxial za aina ya n na aina ya p. Hantian Tiancheng na Dongguan Tianyu za ndani tayari zinaweza kutoa wafers za epitaxial za SiC za inchi 4/6. Kwa epitaxy ya SiC, ni vigumu kudhibiti katika uwanja wa volteji ya juu, na ubora wa epitaxy ya SiC una athari kubwa kwa vifaa vya SiC. Zaidi ya hayo, vifaa vya epitaxial vinadhibitiwa na kampuni nne zinazoongoza katika tasnia: Axitron, LPE, TEL na Nuflare.
Epitaxial ya kabidi ya silikoniWafer inarejelea wafer ya kabaridi ya silikoni ambapo filamu moja ya fuwele (safu ya epitaxial) yenye mahitaji fulani na sawa na fuwele ya substrate hupandwa kwenye substrate ya asili ya kabaridi ya silikoni. Ukuaji wa Epitaxial hutumia zaidi vifaa vya CVD (Chemical Vapor Deposition, ) au vifaa vya MBE (Molecular Beam Epitaxy). Kwa kuwa vifaa vya kabaridi ya silikoni hutengenezwa moja kwa moja kwenye safu ya epitaxial, ubora wa safu ya epitaxial huathiri moja kwa moja utendaji na mavuno ya kifaa. Kadri volteji inavyostahimili utendaji wa kifaa unavyoendelea kuongezeka, unene wa safu inayolingana ya epitaxial unakuwa mzito na udhibiti unakuwa mgumu zaidi. Kwa ujumla, wakati volteji ni karibu 600V, unene wa safu ya epitaxial unaohitajika ni takriban mikroni 6; wakati volteji iko kati ya 1200-1700V, unene wa safu ya epitaxial unaohitajika hufikia mikroni 10-15. Ikiwa volteji inafikia zaidi ya volti 10,000, unene wa safu ya epitaxial wa zaidi ya mikroni 100 unaweza kuhitajika. Kadri unene wa safu ya epitaxial unavyoendelea kuongezeka, inazidi kuwa vigumu kudhibiti unene na upinzani sare na msongamano wa kasoro.
Vifaa vya SiC: Kimataifa, SiC SBD na MOSFET ya 600 ~ 1700V imeendelezwa kiviwanda. Bidhaa kuu hufanya kazi katika viwango vya volteji chini ya 1200V na kimsingi hutumia vifungashio vya TO. Kwa upande wa bei, bidhaa za SiC kwenye soko la kimataifa zina bei ya juu mara 5-6 kuliko wenzao wa Si. Hata hivyo, bei zinapungua kwa kiwango cha mwaka cha 10%. huku upanuzi wa vifaa vya juu na uzalishaji wa vifaa katika miaka 2-3 ijayo, usambazaji wa soko utaongezeka, na kusababisha kupungua zaidi kwa bei. Inatarajiwa kwamba bei itakapofikia mara 2-3 ya bidhaa za Si, faida zinazoletwa na kupunguzwa kwa gharama za mfumo na utendaji ulioboreshwa zitasukuma SiC kuchukua nafasi ya soko la vifaa vya Si.
Ufungashaji wa kitamaduni unategemea substrates zinazotegemea silikoni, huku vifaa vya semiconductor vya kizazi cha tatu vikihitaji muundo mpya kabisa. Kutumia miundo ya ufungashaji wa kitamaduni unaotegemea silikoni kwa vifaa vya umeme vyenye gap pana kunaweza kuleta masuala na changamoto mpya zinazohusiana na masafa, usimamizi wa joto, na uaminifu. Vifaa vya umeme vya SiC ni nyeti zaidi kwa uwezo wa vimelea na inductance. Ikilinganishwa na vifaa vya Si, chipu za umeme za SiC zina kasi ya haraka ya kubadili, ambayo inaweza kusababisha kuzidi, mtetemo, kuongezeka kwa hasara za kubadili, na hata hitilafu za kifaa. Zaidi ya hayo, vifaa vya umeme vya SiC hufanya kazi katika halijoto ya juu, vikihitaji mbinu za hali ya juu zaidi za usimamizi wa joto.
Miundo mbalimbali imetengenezwa katika uwanja wa vifungashio vya nguvu vya semiconductor vyenye upana wa bendi pana. Vifungashio vya moduli za nguvu za jadi zinazotegemea Si havifai tena. Ili kutatua matatizo ya vigezo vya juu vya vimelea na ufanisi duni wa utengamano wa joto wa vifungashio vya moduli za nguvu za jadi zinazotegemea Si, vifungashio vya moduli za nguvu za SiC vinatumia muunganisho usiotumia waya na teknolojia ya kupoeza pande mbili katika muundo wake, na pia hutumia vifaa vya substrate vyenye upitishaji bora wa joto, na kujaribu kuunganisha capacitors za kutenganisha, vitambuzi vya halijoto/mkondo, na saketi za kuendesha kwenye muundo wa moduli, na kutengeneza teknolojia mbalimbali za ufungashaji wa moduli. Zaidi ya hayo, kuna vikwazo vya juu vya kiufundi kwa utengenezaji wa vifaa vya SiC na gharama za uzalishaji ni kubwa.
Vifaa vya kabaidi ya silikoni huzalishwa kwa kuweka tabaka za epitaxial kwenye substrate ya kabaidi ya silikoni kupitia CVD. Mchakato huu unahusisha kusafisha, oxidation, photolithography, etching, stripping of photoresist, integrating of ions, chemical mvuke utuaji wa nitridi ya silikoni, polishing, sputtering, na hatua zinazofuata za usindikaji ili kuunda muundo wa kifaa kwenye substrate ya fuwele moja ya SiC. Aina kuu za vifaa vya nguvu vya SiC ni pamoja na diode za SiC, transistors za SiC, na moduli za nguvu za SiC. Kutokana na mambo kama vile kasi ya uzalishaji wa nyenzo za juu na viwango vya chini vya mavuno, vifaa vya kabaidi ya silikoni vina gharama kubwa za utengenezaji.
Kwa kuongezea, utengenezaji wa vifaa vya kaboni ya silicon una matatizo fulani ya kiufundi:
1) Ni muhimu kutengeneza mchakato maalum unaoendana na sifa za vifaa vya kabidi ya silikoni. Kwa mfano: SiC ina kiwango cha juu cha kuyeyuka, ambacho hufanya uenezaji wa joto wa kitamaduni kutokuwa na ufanisi. Ni muhimu kutumia mbinu ya upandikizaji wa ioni na kudhibiti kwa usahihi vigezo kama vile halijoto, kiwango cha joto, muda, na mtiririko wa gesi; SiC haibadiliki kwa miyeyusho ya kemikali. Mbinu kama vile uchomaji kavu zinapaswa kutumika, na nyenzo za barakoa, mchanganyiko wa gesi, udhibiti wa mteremko wa pembeni, kiwango cha uchomaji, ukali wa pembeni, n.k. zinapaswa kuboreshwa na kuendelezwa;
2) Utengenezaji wa elektrodi za chuma kwenye wafer za kabaridi za silikoni unahitaji upinzani wa mguso chini ya 10-5Ω2. Nyenzo za elektrodi zinazokidhi mahitaji, Ni na Al, zina utulivu duni wa joto zaidi ya 100°C, lakini Al/Ni ina utulivu bora wa joto. Upinzani maalum wa mguso wa nyenzo za elektrodi za mchanganyiko wa /W/Au ni 10-3Ω2 zaidi;
3) SiC ina uchakavu mwingi wa kukata, na ugumu wa SiC ni wa pili baada ya almasi, ambayo inaweka mbele mahitaji ya juu ya kukata, kusaga, kung'arisha na teknolojia zingine.
Zaidi ya hayo, vifaa vya nguvu vya kabonidi ya silikoni ya mtaro ni vigumu zaidi kutengeneza. Kulingana na miundo tofauti ya vifaa, vifaa vya nguvu vya kabonidi ya silikoni vinaweza kugawanywa katika vifaa vya planar na vifaa vya mtaro. Vifaa vya nguvu vya kabonidi ya silikoni ya mtaro vina uthabiti mzuri wa kitengo na mchakato rahisi wa utengenezaji, lakini vinakabiliwa na athari ya JFET na vina uwezo mkubwa wa vimelea na upinzani wa hali. Ikilinganishwa na vifaa vya planar, vifaa vya nguvu vya kabonidi ya silikoni ya mtaro vina uthabiti mdogo wa kitengo na vina mchakato mgumu zaidi wa utengenezaji. Hata hivyo, muundo wa mtaro unafaa kuongeza msongamano wa kitengo cha kifaa na una uwezekano mdogo wa kutoa athari ya JFET, ambayo ni muhimu katika kutatua tatizo la uhamaji wa njia. Ina sifa bora kama vile upinzani mdogo wa kupoa, uwezo mdogo wa vimelea, na matumizi ya chini ya nishati ya kubadili. Ina faida kubwa za gharama na utendaji na imekuwa mwelekeo mkuu wa maendeleo ya vifaa vya nguvu vya kabonidi ya silikoni. Kulingana na tovuti rasmi ya Rohm, muundo wa ROHM Gen3 (muundo wa Mfereji wa Gen1) ni 75% tu ya eneo la chipu ya Gen2 (Plannar2), na upinzani wa muundo wa ROHM Gen3 umepunguzwa kwa 50% chini ya ukubwa sawa wa chipu.
Gharama za substrate ya silicon carbide, epitaksi, sehemu ya mbele, utafiti na maendeleo na zingine huchangia 47%, 23%, 19%, 6% na 5% ya gharama ya utengenezaji wa vifaa vya silicon carbide mtawalia.
Hatimaye, tutazingatia kuvunja vikwazo vya kiufundi vya substrates katika mnyororo wa tasnia ya kabidi ya silikoni.
Mchakato wa uzalishaji wa substrates za silicon carbide ni sawa na ule wa substrates zenye msingi wa silicon, lakini ni mgumu zaidi.
Mchakato wa utengenezaji wa substrate ya kabidi ya silikoni kwa ujumla hujumuisha usanisi wa malighafi, ukuaji wa fuwele, usindikaji wa ingot, kukata ingot, kusaga wafer, kung'arisha, kusafisha na viungo vingine.
Hatua ya ukuaji wa fuwele ndiyo kiini cha mchakato mzima, na hatua hii huamua sifa za umeme za substrate ya kabidi ya silikoni.
Vifaa vya kabidi ya silikoni ni vigumu kukuza katika awamu ya kimiminika chini ya hali ya kawaida. Mbinu ya ukuaji wa awamu ya mvuke maarufu sokoni leo ina halijoto ya ukuaji zaidi ya 2300°C na inahitaji udhibiti sahihi wa halijoto ya ukuaji. Mchakato mzima wa uendeshaji ni vigumu sana kuona. Kosa kidogo litasababisha bidhaa kuchakaa. Kwa kulinganisha, vifaa vya silikoni vinahitaji 1600°C pekee, ambayo ni ya chini zaidi. Kuandaa substrates za kabidi ya silikoni pia kunakabiliwa na ugumu kama vile ukuaji wa polepole wa fuwele na mahitaji ya juu ya umbo la fuwele. Ukuaji wa wafer wa kabidi ya silikoni huchukua takriban siku 7 hadi 10, huku kuvuta fimbo ya silikoni kunachukua siku 2 na nusu pekee. Zaidi ya hayo, kabidi ya silikoni ni nyenzo ambayo ugumu wake ni wa pili kwa almasi. Itapoteza mengi wakati wa kukata, kusaga, na kung'arisha, na uwiano wa pato ni 60% tu.
Tunajua kwamba mwelekeo ni kuongeza ukubwa wa substrates za silicon carbide, kadri ukubwa unavyoendelea kuongezeka, mahitaji ya teknolojia ya upanuzi wa kipenyo yanazidi kuwa juu. Inahitaji mchanganyiko wa vipengele mbalimbali vya udhibiti wa kiufundi ili kufikia ukuaji wa mara kwa mara wa fuwele.
Muda wa chapisho: Mei-22-2024