Мушкилоти техникӣ дар истеҳсоли устувори оммавии пластинаҳои карбиди кремнийи баландсифат бо кори устувор инҳоянд:
1) Азбаски кристаллҳо бояд дар муҳити мӯҳршудаи ҳарорати баланд аз 2000°C афзоиш ёбанд, талаботи назорати ҳарорат хеле баланд аст;
2) Азбаски карбиди кремний зиёда аз 200 сохтори кристаллӣ дорад, аммо танҳо якчанд сохтори карбиди кремнийи монокристаллӣ маводи нимноқилии зарурӣ мебошанд, таносуби кремний ба карбон, градиенти ҳарорати афзоиш ва афзоиши кристалл бояд дар раванди афзоиши кристалл дақиқ назорат карда шавад. Параметрҳо ба монанди суръат ва фишори ҷараёни ҳаво;
3) Дар доираи усули интиқоли фазаи буғ, технологияи васеъкунии диаметри афзоиши кристаллҳои карбиди кремний хеле душвор аст;
4) Сахтии карбиди кремний ба сахтии алмос наздик аст ва усулҳои буридан, суфтакунӣ ва сайқалдиҳӣ душворанд.
Вафли эпитаксиалии SiC: одатан бо усули буғгузории кимиёвӣ (CVD) истеҳсол карда мешавад. Мувофиқи намудҳои гуногуни допинг, онҳо ба вафли эпитаксиалии навъи n ва навъи p тақсим мешаванд. Ширкатҳои ватании Hantian Tiancheng ва Dongguan Tianyu аллакай метавонанд вафли эпитаксиалии SiC-и 4 дюйм/6 дюймро пешниҳод кунанд. Барои эпитаксиалии SiC, назорат кардан дар соҳаи баландшиддат душвор аст ва сифати эпитаксиалии SiC ба дастгоҳҳои SiC таъсири бештар мерасонад. Ғайр аз ин, таҷҳизоти эпитаксиалӣ аз ҷониби чор ширкати пешбари соҳа: Axitron, LPE, TEL ва Nuflare монополия карда шудааст.
Эпитаксиалии карбиди кремнийВафли ба вафли карбиди кремний ишора мекунад, ки дар он плёнкаи яккристаллӣ (қабати эпитаксиалӣ) бо талаботи муайян ва ҳамон кристалли субстрат дар субстрати аслии карбиди кремний парвариш карда мешавад. Парвариши эпитаксиалӣ асосан аз таҷҳизоти CVD (Чӯббандии буғи кимиёвӣ) ё таҷҳизоти MBE (Эпитаксии шуои молекулавӣ) истифода мебарад. Азбаски дастгоҳҳои карбиди кремний мустақиман дар қабати эпитаксиалӣ истеҳсол карда мешаванд, сифати қабати эпитаксиалӣ мустақиман ба кор ва ҳосилнокии дастгоҳ таъсир мерасонад. Бо афзоиши коршоямии дастгоҳ ба шиддат, ғафсии қабати эпитаксиалии мувофиқ ғафс мешавад ва назорат душвортар мешавад. Умуман, вақте ки шиддат тақрибан 600В аст, ғафсии қабати эпитаксиалии зарурӣ тақрибан 6 микрон аст; вақте ки шиддат байни 1200-1700В аст, ғафсии қабати эпитаксиалии зарурӣ ба 10-15 микрон мерасад. Агар шиддат аз 10,000 волт зиёд шавад, ғафсии қабати эпитаксиалии зиёда аз 100 микрон лозим шуда метавонад. Бо афзоиши ғафсии қабати эпитаксиалӣ, назорати якрангии ғафсӣ ва муқовимат, инчунин зичии нуқсонҳо душвортар мегардад.
Дастгоҳҳои SiC: Дар сатҳи байналмилалӣ, SiC SBD ва MOSFET бо шиддати 600~1700V саноатӣ карда шудаанд. Маҳсулоти асосӣ дар сатҳҳои шиддати камтар аз 1200V кор мекунанд ва асосан бастабандии TO-ро истифода мебаранд. Аз ҷиҳати нархгузорӣ, маҳсулоти SiC дар бозори байналмилалӣ тақрибан 5-6 маротиба гаронтар аз ҳамтоёни Si-и худ мебошанд. Аммо, нархҳо бо суръати солонаи 10% коҳиш меёбанд. Бо густариши маводҳои болооб ва истеҳсоли дастгоҳҳо дар 2-3 соли оянда, пешниҳоди бозор афзоиш хоҳад ёфт, ки боиси коҳиши минбаъдаи нархҳо мегардад. Интизор меравад, ки вақте ки нарх ба 2-3 маротиба аз маҳсулоти Si мерасад, бартариҳои коҳиши хароҷоти система ва беҳтар шудани самаранокӣ SiC-ро тадриҷан водор мекунанд, ки фазои бозори дастгоҳҳои Si-ро ишғол кунанд.
Бастабандии анъанавӣ ба субстратҳои кремний асос ёфтааст, дар ҳоле ки маводҳои нимноқилҳои насли сеюм тарҳи комилан навро талаб мекунанд. Истифодаи сохторҳои анъанавии бастабандии кремний барои дастгоҳҳои барқии фосилаи васеъ метавонад масъалаҳо ва мушкилоти наверо дар робита бо басомад, идоракунии гармӣ ва эътимоднокӣ ба вуҷуд орад. Дастгоҳҳои барқии SiC ба иқтидори паразитӣ ва индуктивӣ ҳассостаранд. Дар муқоиса бо дастгоҳҳои Si, микросхемаҳои барқии SiC суръати тезтари гузариш доранд, ки метавонад боиси аз ҳад зиёд кор кардан, ларзиш, афзоиши талафоти гузариш ва ҳатто нокомии дастгоҳ гардад. Илова бар ин, дастгоҳҳои барқии SiC дар ҳарорати баландтар кор мекунанд, ки усулҳои пешрафтаи идоракунии гармиро талаб мекунанд.
Дар соҳаи бастабандии нимноқилҳои барқӣ бо фосилаи васеъ сохторҳои гуногун таҳия шудаанд. Бастабандии анъанавии модули барқӣ дар асоси Si дигар мувофиқ нест. Барои ҳалли мушкилоти параметрҳои баланди паразитӣ ва самаранокии пасти паҳншавии гармии бастабандии анъанавии модули барқӣ дар асоси Si, бастабандии модули барқии SiC дар сохтори худ пайвасти бесим ва технологияи хунуккунии дуҷонибаро истифода мебарад ва инчунин маводҳои субстратро бо гузаронандагии беҳтари гармӣ қабул мекунад ва кӯшиш кардааст, ки конденсаторҳои ҷудокунанда, сенсорҳои ҳарорат/ҷараён ва схемаҳои гардонандаро ба сохтори модул муттаҳид кунад ва як қатор технологияҳои гуногуни бастабандии модулро таҳия кунад. Ғайр аз ин, монеаҳои баланди техникӣ дар истеҳсоли дастгоҳҳои SiC мавҷуданд ва хароҷоти истеҳсолӣ баланд аст.
Дастгоҳҳои карбиди кремний тавассути CVD бо роҳи гузоштани қабатҳои эпитаксиалӣ дар зеризаминии карбиди кремний тавассути CVD истеҳсол карда мешаванд. Ин раванд тозакунӣ, оксидшавӣ, фотолитография, кандакорӣ, тоза кардани фоторезист, имплантатсияи ион, гузоштани буғи кимиёвии нитриди кремний, сайқалдиҳӣ, пошидани он ва қадамҳои минбаъдаи коркардро барои ташкили сохтори дастгоҳ дар зеризаминии яккристаллии SiC дар бар мегирад. Намудҳои асосии дастгоҳҳои барқии SiC иборатанд аз диодҳои SiC, транзисторҳои SiC ва модулҳои барқии SiC. Аз сабаби омилҳо ба монанди суръати сусти истеҳсоли мавод дар болооб ва суръати пасти ҳосилнокӣ, дастгоҳҳои карбиди кремний хароҷоти нисбатан баланди истеҳсолӣ доранд.
Илова бар ин, истеҳсоли дастгоҳҳои карбиди кремний бо мушкилоти муайяни техникӣ рӯ ба рӯ мешавад:
1) Таҳияи раванди мушаххасе зарур аст, ки бо хусусиятҳои маводҳои карбиди кремний мувофиқ бошад. Масалан: SiC дорои нуқтаи баланди обшавӣ аст, ки диффузияи анъанавии гармиро бесамар мегардонад. Истифодаи усули допингкунии имплантатсияи ионӣ ва назорати дақиқи параметрҳо ба монанди ҳарорат, суръати гармкунӣ, давомнокӣ ва ҷараёни газ зарур аст; SiC ба ҳалкунандаҳои кимиёвӣ бетаъсир аст. Усулҳо ба монанди кандакории хушк бояд истифода шаванд ва маводҳои ниқобпӯшӣ, омехтаҳои газ, назорати нишебии девори паҳлӯӣ, суръати кандакорӣ, ноҳамвории девори паҳлӯӣ ва ғайра бояд оптимизатсия ва таҳия карда шаванд;
2) Истеҳсоли электродҳои металлӣ дар пластинаҳои карбидии кремний муқовимати тамосро талаб мекунад, ки камтар аз 10-5Ω2 аст. Маводҳои электрод, ки ба талабот ҷавобгӯ мебошанд, Ni ва Al, дар ҳарорати аз 100°C боло устувории гармии паст доранд, аммо Al/Ni устувории гармии беҳтар дорад. Муқовимати хоси тамосии маводи электроди композитии /W/Au 10-3Ω2 баландтар аст;
3) SiC фарсудашавии баланди буриш дорад ва сахтии SiC танҳо пас аз алмос дар ҷои дуюм аст, ки талаботи баландтарро барои буридан, суфтакунӣ, сайқалдиҳӣ ва дигар технологияҳо пеш мегузорад.
Ғайр аз ин, дастгоҳҳои барқии карбиди кремнийи коҳӣ истеҳсолашон душвортар аст. Мувофиқи сохторҳои гуногуни дастгоҳҳо, дастгоҳҳои барқии карбиди кремнийро асосан ба дастгоҳҳои ҳамвор ва дастгоҳҳои коҳӣ тақсим кардан мумкин аст. Дастгоҳҳои барқии карбиди кремнийи ҳамвор дорои мувофиқати хуби воҳидӣ ва раванди соддаи истеҳсолӣ мебошанд, аммо ба таъсири JFET майл доранд ва иқтидори баланди паразитӣ ва муқовимати дар ҳолати корӣ доранд. Дар муқоиса бо дастгоҳҳои ҳамвор, дастгоҳҳои барқии карбиди кремнийи коҳӣ дорои мувофиқати пасттари воҳидӣ ва раванди мураккабтари истеҳсолӣ мебошанд. Бо вуҷуди ин, сохтори коҳӣ барои афзоиши зичии воҳиди дастгоҳ мусоидат мекунад ва эҳтимоли камтар дорад, ки таъсири JFET ба вуҷуд ояд, ки барои ҳалли мушкилоти ҳаракати канал муфид аст. Он дорои хосиятҳои аъло ба монанди муқовимати хурди дар, иқтидори хурди паразитӣ ва истеъмоли ками энергияи гузариш мебошад. Он бартариҳои назарраси арзиш ва иҷро дорад ва ба самти асосии рушди дастгоҳҳои барқии карбиди кремний табдил ёфтааст. Тибқи иттилои вебсайти расмии Rohm, сохтори ROHM Gen3 (сохтори Gen1 Trench) танҳо 75% майдони чипи Gen2 (Plannar2)-ро ташкил медиҳад ва муқовимати сохтори ROHM Gen3 дар зери ҳамон андозаи чип 50% кам мешавад.
Хароҷоти асосӣ барои коркарди силикон карбид, эпитаксия, хароҷоти ибтидоӣ, тадқиқот ва рушд ва ғайра мутаносибан 47%, 23%, 19%, 6% ва 5% арзиши истеҳсоли дастгоҳҳои карбиди силикон карбидро ташкил медиҳанд.
Дар ниҳоят, мо ба бартараф кардани монеаҳои техникии субстратҳо дар занҷири саноати карбиди кремний тамаркуз хоҳем кард.
Раванди истеҳсоли субстратҳои карбидии кремний ба раванди истеҳсоли субстратҳои кремний монанд аст, аммо мураккабтар аст.
Раванди истеҳсоли субстрати карбидии кремний одатан синтези ашёи хом, афзоиши булӯр, коркарди порча, буридани порча, майдакунии пластина, сайқалдиҳӣ, тозакунӣ ва дигар пайвандҳоро дар бар мегирад.
Марҳилаи афзоиши кристаллҳо асоси тамоми раванд аст ва ин марҳила хосиятҳои электрикии субстрати карбидии кремнийро муайян мекунад.
Парвариши маводҳои карбидии кремний дар шароити муқаррарӣ дар марҳилаи моеъ душвор аст. Усули афзоиши фазаи буғ, ки имрӯз дар бозор маъмул аст, ҳарорати афзоиш аз 2300°C болотар аст ва назорати дақиқи ҳарорати афзоишро талаб мекунад. Мушоҳида кардани тамоми раванди кор қариб душвор аст. Хатои ночиз боиси партофтани маҳсулот мегардад. Дар муқоиса, маводҳои кремний танҳо 1600℃ талаб мекунанд, ки хеле пасттар аст. Омода кардани субстратҳои карбидии кремний инчунин бо мушкилот, аз қабили афзоиши сусти кристалл ва талаботи баланди шакли кристалл рӯбарӯ мешавад. Парвариши вафли карбидии кремний тақрибан аз 7 то 10 рӯзро дар бар мегирад, дар ҳоле ки кашидани чӯби кремний танҳо 2 ва ним рӯзро дар бар мегирад. Ғайр аз ин, карбиди кремний маводест, ки сахтии он танҳо аз алмос пас аз он аст. Он ҳангоми буридан, суфта кардан ва сайқал додан бисёр чизро аз даст медиҳад ва таносуби баромад танҳо 60% аст.
Мо медонем, ки тамоюли афзоиши андозаи субстратҳои карбидии кремний аст, зеро бо афзоиши минбаъдаи андоза талабот ба технологияи васеъкунии диаметр афзоиш меёбад ва ин барои ноил шудан ба афзоиши такрории кристаллҳо омезиши унсурҳои гуногуни назорати техникиро талаб мекунад.
Вақти нашр: 22 майи соли 2024