Birinci nesil yarı iletken malzemeler, entegre devre üretiminin temelini oluşturan geleneksel silikon (Si) ve germanyum (Ge) ile temsil edilir. Bunlar düşük voltajlı, düşük frekanslı ve düşük güç tüketimli transistörlerde ve dedektörlerde yaygın olarak kullanılır. Yarı iletken ürünlerin %90'ından fazlası silikon bazlı malzemelerden üretilmiştir;
İkinci nesil yarı iletken malzemeler, galyum arsenit (GaAs), indiyum fosfit (InP) ve galyum fosfit (GaP) ile temsil edilir. Silikon tabanlı cihazlarla karşılaştırıldığında, yüksek frekanslı ve yüksek hızlı optoelektronik özelliklere sahiptirler ve optoelektronik ve mikroelektronik alanlarında yaygın olarak kullanılırlar.
Üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, silisyum karbür (SiC), galyum nitrür (GaN), çinko oksit (ZnO), elmas (C) ve alüminyum nitrür (AlN) gibi yeni ortaya çıkan malzemelerle temsil edilmektedir.
Silisyum karbürSilisyum karbür, üçüncü nesil yarı iletken endüstrisinin gelişimi için önemli bir temel malzemedir. Silisyum karbür güç cihazları, mükemmel yüksek voltaj direnci, yüksek sıcaklık direnci, düşük kayıp ve diğer özellikleri sayesinde güç elektroniği sistemlerinin yüksek verimlilik, minyatürleştirme ve hafiflik gereksinimlerini etkili bir şekilde karşılayabilir.
Yüksek bant aralığı (yüksek kırılma elektrik alanı ve yüksek güç yoğunluğuna karşılık gelir), yüksek elektriksel iletkenlik ve yüksek termal iletkenlik gibi üstün fiziksel özellikleri nedeniyle, gelecekte yarı iletken çiplerin yapımında en yaygın kullanılan temel malzeme olması beklenmektedir. Özellikle yeni enerji araçları, fotovoltaik enerji üretimi, raylı ulaşım, akıllı şebekeler ve diğer alanlarda belirgin avantajlara sahiptir.
SiC üretim süreci üç ana adımdan oluşur: SiC tek kristal büyümesi, epitaksiyel katman büyümesi ve cihaz üretimi; bunlar endüstriyel zincirin dört ana halkasına karşılık gelir:alt tabaka, epitaksiCihazlar ve modüller.
Ana akım alt tabaka üretim yönteminde, öncelikle yüksek sıcaklıkta vakum ortamında tozun süblime edilmesi için fiziksel buhar süblimasyon yöntemi kullanılır ve sıcaklık alanının kontrolüyle tohum kristalinin yüzeyinde silisyum karbür kristalleri büyütülür. Silisyum karbür levha alt tabaka olarak kullanılarak, kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle levha üzerine tek kristal bir tabaka biriktirilerek epitaksiyel bir levha oluşturulur. Bunlar arasında, iletken silisyum karbür alt tabaka üzerine silisyum karbür epitaksiyel tabaka büyütülerek, esas olarak elektrikli araçlarda, fotovoltaiklerde ve diğer alanlarda kullanılan güç cihazları üretilebilir; yarı iletken bir alt tabaka üzerine galyum nitrür epitaksiyel tabaka büyütülerek de benzer bir yöntem uygulanabilir.silisyum karbür alt tabakaBu cihazlar ayrıca 5G iletişiminde ve diğer alanlarda kullanılan radyo frekans cihazlarına dönüştürülebilir.
Şu an itibariyle, silisyum karbür alt tabakalar, silisyum karbür endüstri zincirinde en yüksek teknik engellere sahip olup, üretimi en zor olan alt tabakalardır.
Silisyum karbür (SiC) üretimindeki darboğaz tamamen çözülmemiş olup, ham madde kristal sütunlarının kalitesi istikrarsızdır ve verim sorunu yaşanmaktadır; bu da SiC cihazlarının yüksek maliyetine yol açmaktadır. Silisyum malzemenin kristal çubuk haline gelmesi ortalama 3 gün sürerken, silisyum karbür kristal çubuk için bu süre bir haftadır. Genel bir silisyum kristal çubuk 200 cm uzunluğa ulaşabilirken, silisyum karbür kristal çubuk sadece 2 cm uzunluğa ulaşabilir. Dahası, SiC'nin kendisi sert ve kırılgan bir malzemedir ve geleneksel mekanik kesme yöntemleriyle kesildiğinde kenar kırılmasına eğilimlidir; bu da ürün verimini ve güvenilirliğini etkiler. SiC alt tabakaları geleneksel silisyum külçelerinden çok farklıdır ve silisyum karbürün işlenmesi için ekipman, süreçler, işleme ve kesme dahil her şeyin geliştirilmesi gerekmektedir.
Silisyum karbür endüstri zinciri esas olarak dört ana bağlantıya ayrılır: alt tabaka, epitaksi, cihazlar ve uygulamalar. Alt tabaka malzemeleri endüstri zincirinin temelini oluştururken, epitaksi malzemeleri cihaz üretiminin anahtarıdır, cihazlar endüstri zincirinin çekirdeğini oluşturur ve uygulamalar endüstriyel gelişmenin itici gücüdür. Yukarı akış endüstrisi, ham maddeleri kullanarak fiziksel buhar süblimasyon yöntemleri ve diğer yöntemlerle alt tabaka malzemeleri üretir ve daha sonra kimyasal buhar biriktirme yöntemleri ve diğer yöntemlerle epitaksi malzemeleri büyütür. Orta akış endüstrisi, yukarı akış malzemelerini kullanarak radyo frekans cihazları, güç cihazları ve diğer cihazları üretir ve bunlar nihayetinde aşağı akışta 5G iletişim, elektrikli araçlar, raylı ulaşım vb. alanlarda kullanılır. Bunlar arasında, alt tabaka ve epitaksi, endüstri zincirinin maliyetinin %60'ını oluşturur ve endüstri zincirinin ana değeridir.
SiC alt tabaka: SiC kristalleri genellikle Lely yöntemi kullanılarak üretilir. Uluslararası ana akım ürünler 4 inçten 6 inçe geçiş yaparken, 8 inçlik iletken alt tabaka ürünleri de geliştirilmiştir. Yerli alt tabakalar ise ağırlıklı olarak 4 inçtir. Mevcut 6 inçlik silikon gofret üretim hatları yükseltilip SiC cihazları üretmek üzere dönüştürülebileceğinden, 6 inçlik SiC alt tabakaların yüksek pazar payı uzun süre korunacaktır.
Silisyum karbür alt tabaka üretim süreci karmaşık ve zordur. Silisyum karbür alt tabaka, karbon ve silisyum olmak üzere iki elementten oluşan bileşik bir yarı iletken tek kristal malzemedir. Şu anda endüstri, silisyum karbür tozunu sentezlemek için esas olarak yüksek saflıkta karbon tozu ve yüksek saflıkta silisyum tozu kullanmaktadır. Özel bir sıcaklık alanında, olgunlaşmış fiziksel buhar iletim yöntemi (PVT yöntemi) kullanılarak, kristal büyüme fırınında farklı boyutlarda silisyum karbür büyütülür. Kristal külçe son olarak işlenir, kesilir, öğütülür, parlatılır, temizlenir ve diğer birçok işlemden geçirilerek silisyum karbür alt tabaka üretilir.
Yayın tarihi: 22 Mayıs 2024