İstikrarlı performansa sahip, yüksek kaliteli silisyum karbür levhaların istikrarlı bir şekilde seri üretimine ilişkin teknik zorluklar şunları içerir:
1) Kristallerin 2000°C'nin üzerinde yüksek sıcaklığa sahip kapalı bir ortamda büyümesi gerektiğinden, sıcaklık kontrolü gereksinimleri son derece yüksektir;
2) Silisyum karbür 200'den fazla kristal yapıya sahip olduğundan, ancak tek kristalli silisyum karbürün yalnızca birkaç yapısı gerekli yarı iletken malzemeler olduğundan, silisyum-karbon oranının, büyüme sıcaklığı gradyanının ve kristal büyümesinin hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. kristal büyüme süreci.Hız ve hava akış basıncı gibi parametreler;
3) Buhar fazlı iletim yöntemi altında, silisyum karbür kristal büyümesinin çap genişletme teknolojisi son derece zordur;
4) Silisyum karbürün sertliği elmasın sertliğine yakındır ve kesme, taşlama ve cilalama teknikleri zordur.
SiC epitaksiyel levhalar: genellikle kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle üretilir.Farklı katkı türlerine göre n-tipi ve p-tipi epitaksiyel levhalara ayrılırlar.Yerli Hantian Tiancheng ve Dongguan Tianyu halihazırda 4 inç/6 inç SiC epitaksiyel levhalar sağlayabiliyor.SiC epitaksi için yüksek voltaj alanında kontrol etmek zordur ve SiC epitaksinin kalitesinin SiC cihazları üzerinde daha büyük etkisi vardır.Ayrıca epitaksiyel ekipmanlar sektörün önde gelen dört şirketinin tekelindedir: Axitron, LPE, TEL ve Nuflare.
Silisyum karbür epitaksiyelGofret, belirli gereksinimlere sahip ve substrat kristaliyle aynı olan tek bir kristal filmin (epitaksiyel katman), orijinal silikon karbür substrat üzerinde büyütüldüğü bir silikon karbür gofretin anlamına gelir.Epitaksiyel büyüme esas olarak CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme) ekipmanı veya MBE (Moleküler Işın Epitaksi) ekipmanı kullanır.Silisyum karbür cihazlar doğrudan epitaksiyel katmanda üretildiğinden epitaksiyel katmanın kalitesi, cihazın performansını ve verimini doğrudan etkiler.Cihazın voltaj dayanım performansı artmaya devam ettikçe karşılık gelen epitaksiyel katmanın kalınlığı kalınlaşır ve kontrolü zorlaşır. Genellikle voltaj 600V civarında olduğunda gerekli epitaksiyel katman kalınlığı yaklaşık 6 mikrondur;Gerilim 1200-1700V arasında olduğunda gerekli epitaksiyel katman kalınlığı 10-15 mikrona ulaşır.Gerilim 10.000 voltun üzerine çıkarsa, 100 mikrondan fazla epitaksiyel katman kalınlığı gerekli olabilir.Epitaksiyel tabakanın kalınlığı artmaya devam ettikçe kalınlık ve özdirenç tekdüzeliğini ve kusur yoğunluğunu kontrol etmek giderek zorlaşır.
SiC cihazları: Uluslararası olarak 600~1700V SiC SBD ve MOSFET endüstrileştirilmiştir.Ana akım ürünler 1200V'un altındaki voltaj seviyelerinde çalışır ve öncelikle TO paketlemeyi benimser.Fiyatlandırma açısından uluslararası pazardaki SiC ürünleri, Si muadillerine göre yaklaşık 5-6 kat daha yüksek fiyatla satılıyor.Ancak fiyatlar her yıl yüzde 10 oranında düşüyor.Önümüzdeki 2-3 yıl içinde üretime yönelik malzeme ve cihaz üretiminin artmasıyla birlikte pazar arzı artacak ve bu da fiyatların daha da düşmesine yol açacak.Fiyatı Si ürünlerinin 2-3 katına ulaştığında, sistem maliyetlerinin azalması ve performansın artmasının getireceği avantajların, SiC'nin giderek Si cihazlarının pazar alanını işgal etmesine yol açması bekleniyor.
Geleneksel ambalajlar silikon bazlı alt tabakalara dayanırken, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler tamamen yeni bir tasarım gerektiriyor.Geniş bant aralıklı güç cihazları için geleneksel silikon bazlı paketleme yapılarının kullanılması, frekans, termal yönetim ve güvenilirlikle ilgili yeni sorunları ve zorlukları ortaya çıkarabilir.SiC güç cihazları parazitik kapasitans ve endüktansa karşı daha duyarlıdır.Si cihazlarıyla karşılaştırıldığında, SiC güç çipleri daha hızlı anahtarlama hızlarına sahiptir; bu da aşmaya, salınımlara, anahtarlama kayıplarının artmasına ve hatta cihaz arızalarına yol açabilir.Ek olarak, SiC güç cihazları daha yüksek sıcaklıklarda çalışır ve daha gelişmiş termal yönetim teknikleri gerektirir.
Geniş bant aralıklı yarı iletken güç paketleme alanında çeşitli farklı yapılar geliştirilmiştir.Geleneksel Si tabanlı güç modülü ambalajı artık uygun değil.Geleneksel Si bazlı güç modülü ambalajının yüksek parazit parametreleri ve zayıf ısı dağıtma verimliliği sorunlarını çözmek için SiC güç modülü ambalajı, yapısında kablosuz ara bağlantı ve çift taraflı soğutma teknolojisini benimser ve ayrıca daha iyi termal özelliklere sahip alt tabaka malzemelerini benimser. iletkenliği araştırdı ve ayırma kapasitörlerini, sıcaklık/akım sensörlerini ve sürücü devrelerini modül yapısına entegre etmeye çalıştı ve çeşitli farklı modül paketleme teknolojileri geliştirdi.Üstelik SiC cihazı imalatının önünde yüksek teknik engeller vardır ve üretim maliyetleri yüksektir.
Silisyum karbür cihazlar, epitaksiyel katmanların CVD yoluyla bir silisyum karbür substrat üzerine biriktirilmesiyle üretilir.İşlem, temizleme, oksidasyon, fotolitografi, dağlama, fotorezistin soyulması, iyon implantasyonu, silikon nitrürün kimyasal buharla biriktirilmesi, cilalama, püskürtme ve SiC tek kristal substrat üzerinde cihaz yapısını oluşturmak için sonraki işlem adımlarını içerir.SiC güç cihazlarının ana türleri arasında SiC diyotlar, SiC transistörler ve SiC güç modülleri bulunur.Yavaş yukarı akışlı malzeme üretim hızı ve düşük verim oranları gibi faktörler nedeniyle silisyum karbür cihazların nispeten yüksek üretim maliyetleri vardır.
Ayrıca silisyum karbür cihaz imalatının bazı teknik zorlukları vardır:
1) Silisyum karbür malzemelerin özelliklerine uygun özel bir prosesin geliştirilmesi gereklidir.Örneğin: SiC, geleneksel termal difüzyonu etkisiz hale getiren yüksek bir erime noktasına sahiptir.İyon implantasyon katkılama yöntemini kullanmak ve sıcaklık, ısıtma hızı, süre ve gaz akışı gibi parametreleri doğru bir şekilde kontrol etmek gerekir;SiC kimyasal solventlere karşı etkisizdir.Kuru aşındırma gibi yöntemler kullanılmalı, maske malzemeleri, gaz karışımları, yan duvar eğiminin kontrolü, aşındırma oranı, yan duvar pürüzlülüğü vb. optimize edilmeli ve geliştirilmelidir;
2) Silisyum karbür levhalar üzerindeki metal elektrotların üretimi, 10-5Ω2'nin altında temas direnci gerektirir.Gereksinimleri karşılayan elektrot malzemeleri Ni ve Al, 100°C'nin üzerinde zayıf termal stabiliteye sahiptir, ancak Al/Ni daha iyi termal stabiliteye sahiptir./W/Au kompozit elektrot malzemesinin temasa özgü direnci 10-3Ω2 daha yüksektir;
3) SiC yüksek kesme aşınmasına sahiptir ve SiC'nin sertliği elmastan sonra ikinci sıradadır; bu da kesme, taşlama, cilalama ve diğer teknolojiler için daha yüksek gereksinimler ortaya koyar.
Üstelik hendek silisyum karbür güç cihazlarının üretimi daha zordur.Farklı cihaz yapılarına göre silisyum karbür güç cihazları esas olarak düzlemsel cihazlara ve hendek cihazlarına ayrılabilir.Düzlemsel silisyum karbür güç cihazları iyi bir ünite tutarlılığına ve basit üretim sürecine sahiptir, ancak JFET etkisine yatkındır ve yüksek parazitik kapasitansa ve durum direncine sahiptir.Düzlemsel cihazlarla karşılaştırıldığında, hendek silisyum karbür güç cihazları daha düşük birim tutarlılığına sahiptir ve daha karmaşık bir üretim sürecine sahiptir.Bununla birlikte hendek yapısı, cihaz birimi yoğunluğunun arttırılmasına yardımcı olur ve JFET etkisini üretme olasılığı daha düşüktür, bu da kanal hareketliliği sorununun çözümünde faydalıdır.Küçük direnç, küçük parazit kapasitansı ve düşük anahtarlama enerji tüketimi gibi mükemmel özelliklere sahiptir.Önemli maliyet ve performans avantajlarına sahiptir ve silisyum karbür güç cihazlarının geliştirilmesinde ana yön haline gelmiştir.Rohm resmi web sitesine göre, ROHM Gen3 yapısı (Gen1 Trench yapısı), Gen2 (Plannar2) çip alanının yalnızca %75'ini oluşturur ve ROHM Gen3 yapısının açık direnci, aynı çip boyutu altında %50 azalır.
Silisyum karbür substrat, epitaksi, ön uç, Ar-Ge harcamaları ve diğerleri, silisyum karbür cihazların üretim maliyetinin sırasıyla %47, %23, %19, %6 ve %5'ini oluşturur.
Son olarak silisyum karbür endüstri zincirindeki alt tabakaların teknik engellerini ortadan kaldırmaya odaklanacağız.
Silisyum karbür substratların üretim süreci, silikon bazlı substratların üretim prosesine benzer ancak daha zordur.
Silisyum karbür substratın üretim süreci genellikle hammadde sentezini, kristal büyütmeyi, külçe işlemeyi, külçe kesmeyi, levha öğütmeyi, parlatmayı, temizlemeyi ve diğer bağlantıları içerir.
Kristal büyüme aşaması tüm sürecin özüdür ve bu adım silisyum karbür substratın elektriksel özelliklerini belirler.
Silisyum karbür malzemelerin normal koşullar altında sıvı fazda büyütülmesi zordur.Bugün piyasada popüler olan buhar fazında büyütme yöntemi, 2300°C'nin üzerinde bir büyüme sıcaklığına sahiptir ve büyüme sıcaklığının hassas kontrolünü gerektirir.Tüm operasyon sürecini gözlemlemek neredeyse zordur.En ufak bir hata ürünün hurdaya çıkmasına yol açacaktır.Buna karşılık, silikon malzemeler yalnızca 1600°C'ye ihtiyaç duyar, bu da çok daha düşüktür.Silisyum karbür substratların hazırlanması aynı zamanda yavaş kristal büyümesi ve yüksek kristal formu gereksinimleri gibi zorluklarla da karşı karşıyadır.Silikon karbür plakanın büyümesi yaklaşık 7 ila 10 gün sürerken, silikon çubuğun çekilmesi yalnızca 2 buçuk gün sürer.Üstelik silisyum karbür sertliği elmastan sonra ikinci olan bir malzemedir.Kesme, taşlama ve cilalama sırasında çok şey kaybeder ve çıktı oranı yalnızca %60'tır.
Eğilimin silisyum karbür alt tabakaların boyutunu artırmak olduğunu biliyoruz; boyut artmaya devam ettikçe çap genişletme teknolojisine yönelik gereksinimler de giderek artıyor.Kristallerin yinelemeli büyümesini sağlamak için çeşitli teknik kontrol elemanlarının bir kombinasyonunu gerektirir.
Gönderim zamanı: Mayıs-22-2024