Yarimo'tkazgich materiallarining birinchi avlodi integral mikrosxemalar ishlab chiqarish uchun asos bo'lgan an'anaviy kremniy (Si) va germaniy (Ge) bilan ifodalanadi. Ular past kuchlanishli, past chastotali va kam quvvatli tranzistorlar va detektorlarda keng qo'llaniladi. Yarimo'tkazgich mahsulotlarining 90% dan ortig'i kremniy asosidagi materiallardan tayyorlangan;
Ikkinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari galliy arsenidi (GaAs), indiy fosfid (InP) va galliy fosfid (GaP) bilan ifodalanadi. Kremniy asosidagi qurilmalar bilan taqqoslaganda, ular yuqori chastotali va yuqori tezlikdagi optoelektronik xususiyatlarga ega va optoelektronika va mikroelektronika sohalarida keng qo'llaniladi.
Yarimo'tkazgich materiallarining uchinchi avlodi kremniy karbidi (SiC), galliy nitridi (GaN), rux oksidi (ZnO), olmos (C) va alyuminiy nitridi (AlN) kabi yangi paydo bo'layotgan materiallar bilan ifodalanadi.
Silikon karbiduchinchi avlod yarimo'tkazgichlar sanoatini rivojlantirish uchun muhim asosiy materialdir. Silikon karbidli quvvat qurilmalari o'zining ajoyib yuqori kuchlanishli qarshiligi, yuqori haroratga chidamliligi, past yo'qotish va boshqa xususiyatlari bilan quvvatli elektron tizimlarning yuqori samaradorlik, miniatyuralash va yengillik talablariga samarali javob berishi mumkin.
Yuqori fizik xususiyatlari tufayli: yuqori polosali bo'shliq (yuqori parchalanish elektr maydoni va yuqori quvvat zichligiga mos keladi), yuqori elektr o'tkazuvchanligi va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli kelajakda yarimo'tkazgich chiplarini ishlab chiqarish uchun eng keng qo'llaniladigan asosiy materialga aylanishi kutilmoqda. Ayniqsa, yangi energiya vositalari, fotovoltaik energiya ishlab chiqarish, temir yo'l tranziti, aqlli tarmoqlar va boshqa sohalarda u aniq afzalliklarga ega.
SiC ishlab chiqarish jarayoni uchta asosiy bosqichga bo'linadi: SiC monokristalli o'sishi, epitaksial qatlam o'sishi va qurilma ishlab chiqarish, bu sanoat zanjirining to'rtta asosiy bo'g'iniga mos keladi:substrat, epitaksiya, qurilmalar va modullar.
Substratlarni ishlab chiqarishning asosiy usuli dastlab yuqori haroratli vakuum muhitida kukunni sublimatsiya qilish uchun fizik bug' sublimatsiya usulidan foydalanadi va harorat maydonini boshqarish orqali urug' kristalining yuzasida kremniy karbid kristallarini o'stiradi. Substrat sifatida kremniy karbid plastinasidan foydalanib, kimyoviy bug' cho'ktirish plastinaga monokristal qatlamini qo'yish va epitaksial plastina hosil qilish uchun ishlatiladi. Ular orasida o'tkazuvchan kremniy karbid substratida kremniy karbid epitaksial qatlamini o'stirish asosan elektr transport vositalarida, fotovoltaiklarda va boshqa sohalarda qo'llaniladigan quvvat qurilmalariga aylanishi mumkin; yarim izolyatsiyalovchi plastinada galliy nitridi epitaksial qatlamini o'stirishkremniy karbid substratibundan tashqari, 5G aloqasi va boshqa sohalarda ishlatiladigan radiochastotali qurilmalarga aylantirilishi mumkin.
Hozircha, kremniy karbid substratlari kremniy karbid sanoat zanjirida eng yuqori texnik to'siqlarga ega va kremniy karbid substratlarini ishlab chiqarish eng qiyin hisoblanadi.
SiC ishlab chiqarishdagi to'siq to'liq hal qilinmagan va xom ashyo kristall ustunlarining sifati beqaror va hosildorlik muammosi mavjud, bu esa SiC qurilmalarining yuqori narxiga olib keladi. Kremniy materialining kristall tayoqchaga aylanishi uchun o'rtacha 3 kun kerak bo'ladi, ammo kremniy karbid kristall tayoqchasi uchun bir hafta kerak bo'ladi. Umumiy kremniy kristall tayoqchasi 200 sm uzunlikda o'sishi mumkin, ammo kremniy karbid kristall tayoqchasi atigi 2 sm uzunlikda o'sishi mumkin. Bundan tashqari, SiC ning o'zi qattiq va mo'rt material bo'lib, undan yasalgan plastinalar an'anaviy mexanik kesish plastinasini maydalashda qirralarning yorilishi ehtimoli yuqori, bu esa mahsulot hosildorligi va ishonchliligiga ta'sir qiladi. SiC substratlari an'anaviy kremniy quymalaridan juda farq qiladi va kremniy karbidini qayta ishlash uchun uskunalar, jarayonlar, qayta ishlashdan tortib kesishgacha bo'lgan hamma narsani ishlab chiqish kerak.
Kremniy karbid sanoat zanjiri asosan to'rtta asosiy bo'g'inga bo'linadi: substrat, epitaksiya, qurilmalar va ilovalar. Substrat materiallari sanoat zanjirining asosi, epitaksial materiallar qurilmalar ishlab chiqarishning kaliti, qurilmalar sanoat zanjirining yadrosi va ilovalar sanoat rivojlanishining harakatlantiruvchi kuchidir. Yuqori oqim sanoati substrat materiallarini fizik bug 'sublimatsiya usullari va boshqa usullar orqali tayyorlash uchun xom ashyolardan foydalanadi, so'ngra kimyoviy bug' cho'ktirish usullari va epitaksial materiallarni yetishtirish uchun boshqa usullardan foydalanadi. O'rta oqim sanoati yuqori oqim materiallaridan radiochastotali qurilmalar, quvvat qurilmalari va boshqa qurilmalarni ishlab chiqarish uchun foydalanadi, ular oxir-oqibat quyi oqimdagi 5G aloqalarida, elektr transport vositalarida, temir yo'l transportida va boshqalarda qo'llaniladi. Ular orasida substrat va epitaksiya sanoat zanjiri narxining 60% ni tashkil qiladi va sanoat zanjirining asosiy qiymati hisoblanadi.
SiC substrati: SiC kristallari odatda Lely usuli yordamida ishlab chiqariladi. Xalqaro asosiy mahsulotlar 4 dyuymdan 6 dyuymga o'tmoqda va 8 dyuymli o'tkazuvchan substrat mahsulotlari ishlab chiqildi. Mahalliy substratlar asosan 4 dyuymdir. Mavjud 6 dyuymli kremniy plastinka ishlab chiqarish liniyalarini SiC qurilmalarini ishlab chiqarish uchun modernizatsiya qilish va o'zgartirish mumkinligi sababli, 6 dyuymli SiC substratlarining yuqori bozor ulushi uzoq vaqt davomida saqlanib qoladi.
Kremniy karbid substrati jarayoni murakkab va ishlab chiqarish qiyin. Kremniy karbid substrati ikki elementdan: uglerod va kremniydan tashkil topgan aralash yarimo'tkazgichli monokristal materialdir. Hozirgi vaqtda sanoat asosan yuqori toza uglerod kukuni va yuqori toza kremniy kukunini xom ashyo sifatida kremniy karbid kukunini sintez qilish uchun ishlatadi. Maxsus harorat maydoni ostida kristall o'stirish pechida turli o'lchamdagi kremniy karbidini o'stirish uchun yetuk jismoniy bug' uzatish usuli (PVT usuli) qo'llaniladi. Kristall quymasi nihoyat qayta ishlanadi, kesiladi, maydalanadi, sayqallanadi, tozalanadi va boshqa ko'p jarayonlar orqali kremniy karbid substrati ishlab chiqariladi.
Nashr vaqti: 2024-yil 22-may