Barqaror ishlashga ega yuqori sifatli kremniy karbidli gofretlarni barqaror ravishda ommaviy ishlab chiqarishdagi texnik qiyinchiliklar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
1) Kristallar 2000°C dan yuqori haroratli yopiq muhitda o'sishi kerakligi sababli, haroratni nazorat qilish talablari juda yuqori;
2) Kremniy karbidi 200 dan ortiq kristall tuzilishga ega bo'lganligi sababli, faqat bir kristalli kremniy karbidining bir nechta tuzilmalari yarimo'tkazgich materiallari sifatida zarur bo'lganligi sababli, kristall o'sish jarayonida kremniy-uglerod nisbati, o'sish harorati gradiyenti va kristall o'sishi aniq nazorat qilinishi kerak. Tezlik va havo oqimi bosimi kabi parametrlar;
3) Bug 'fazasi uzatish usuli ostida, kremniy karbid kristalli o'sishining diametr kengayish texnologiyasi juda qiyin;
4) Kremniy karbidining qattiqligi olmosnikiga yaqin va kesish, silliqlash va abrazivlash texnikasi qiyin.
SiC epitaksial plastinkalari: odatda kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) usuli bilan ishlab chiqariladi. Turli xil qo'shimchalar turlariga ko'ra, ular n-turdagi va p-turdagi epitaksial plastinkalarga bo'linadi. Mahalliy Hantian Tiancheng va Dongguan Tianyu allaqachon 4 dyuymli/6 dyuymli SiC epitaksial plastinkalarini taqdim etishlari mumkin. SiC epitaksi uchun yuqori kuchlanishli sohada nazorat qilish qiyin va SiC epitaksi sifati SiC qurilmalariga ko'proq ta'sir qiladi. Bundan tashqari, epitaksial uskunalar sanoatning to'rtta yetakchi kompaniyasi: Axitron, LPE, TEL va Nuflare tomonidan monopollashtiriladi.
Silikon karbid epitaksialPlitalar kremniy karbid plitasini anglatadi, unda ma'lum talablarga ega va substrat kristalli bilan bir xil bo'lgan bitta kristalli plyonka (epitaksial qatlam) asl kremniy karbid substratida o'stiriladi. Epitaksial o'sish asosan CVD (Kimyoviy bug' cho'ktirish) uskunasi yoki MBE (Molekulyar nurli epitaksi) uskunasidan foydalanadi. Kremniy karbid qurilmalari to'g'ridan-to'g'ri epitaksial qatlamda ishlab chiqarilganligi sababli, epitaksial qatlamning sifati qurilmaning ishlashi va rentabelligiga bevosita ta'sir qiladi. Qurilmaning kuchlanishga chidamliligi oshishi bilan mos keladigan epitaksial qatlamning qalinligi qalinlashadi va boshqarish qiyinlashadi. Odatda, kuchlanish 600V atrofida bo'lganda, kerakli epitaksial qatlam qalinligi taxminan 6 mikronni tashkil qiladi; kuchlanish 1200-1700V oralig'ida bo'lganda, kerakli epitaksial qatlam qalinligi 10-15 mikronga etadi. Agar kuchlanish 10 000 voltdan oshsa, 100 mikrondan ortiq epitaksial qatlam qalinligi talab qilinishi mumkin. Epitaksial qatlam qalinligi oshib borishi bilan qalinlik va qarshilik bir xilligini hamda nuqson zichligini nazorat qilish tobora qiyinlashib bormoqda.
SiC qurilmalari: Xalqaro miqyosda 600~1700V SiC SBD va MOSFET sanoatlashtirilgan. Asosiy mahsulotlar 1200V dan past kuchlanish darajalarida ishlaydi va asosan TO qadoqlashni qo'llaydi. Narxlar nuqtai nazaridan, xalqaro bozorda SiC mahsulotlari Si hamkasblariga qaraganda taxminan 5-6 baravar yuqori narxda sotiladi. Biroq, narxlar yillik 10% ga pasaymoqda. Keyingi 2-3 yil ichida yuqori oqimdagi materiallar va qurilmalar ishlab chiqarishning kengayishi bilan bozor taklifi oshadi va bu narxlarning yanada pasayishiga olib keladi. Narx Si mahsulotlarinikidan 2-3 baravar yuqori bo'lganda, tizim xarajatlarining kamayishi va ishlashning yaxshilanishi natijasida yuzaga keladigan afzalliklar SiC ni asta-sekin Si qurilmalari bozor maydonini egallashga undaydi.
An'anaviy qadoqlash kremniy asosidagi substratlarga asoslangan, uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari esa mutlaqo yangi dizaynni talab qiladi. Keng polosali quvvat qurilmalari uchun an'anaviy kremniy asosidagi qadoqlash tuzilmalaridan foydalanish chastota, issiqlik boshqaruvi va ishonchlilik bilan bog'liq yangi muammolar va qiyinchiliklarni keltirib chiqarishi mumkin. SiC quvvat qurilmalari parazit sig'im va induktivlikka nisbatan sezgirroq. Si qurilmalari bilan taqqoslaganda, SiC quvvat chiplari tezroq kommutatsiya tezligiga ega, bu esa haddan tashqari yuklanish, tebranish, kommutatsiya yo'qotishlarining ko'payishiga va hatto qurilmalarning ishlamay qolishiga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, SiC quvvat qurilmalari yuqori haroratlarda ishlaydi, bu esa yanada ilg'or issiqlik boshqaruv usullarini talab qiladi.
Keng polosali yarimo'tkazgichli quvvat qadoqlash sohasida turli xil tuzilmalar ishlab chiqilgan. An'anaviy Si asosidagi quvvat moduli qadoqlash endi mos emas. An'anaviy Si asosidagi quvvat moduli qadoqlashining yuqori parazit parametrlari va past issiqlik tarqalish samaradorligi muammolarini hal qilish uchun SiC quvvat moduli qadoqlashi o'z tuzilishida simsiz ulanish va ikki tomonlama sovutish texnologiyasini qo'llaydi, shuningdek, yaxshiroq issiqlik o'tkazuvchanligiga ega substrat materiallarini qo'llaydi va ajratish kondensatorlari, harorat/oqim sensorlari va haydovchi sxemalarini modul tuzilishiga integratsiya qilishga harakat qildi va turli xil modul qadoqlash texnologiyalarini ishlab chiqdi. Bundan tashqari, SiC qurilmalarini ishlab chiqarishda yuqori texnik to'siqlar mavjud va ishlab chiqarish xarajatlari yuqori.
Kremniy karbid qurilmalari CVD orqali kremniy karbid substratiga epitaksial qatlamlarni yotqizish orqali ishlab chiqariladi. Jarayon tozalash, oksidlanish, fotolitografiya, o'yib ishlov berish, fotorezistni tozalash, ion implantatsiyasi, kremniy nitridini kimyoviy bug' bilan yotqizish, abrazivlash, purkash va SiC monokristalli substratida qurilma tuzilishini hosil qilish uchun keyingi ishlov berish bosqichlarini o'z ichiga oladi. SiC quvvat qurilmalarining asosiy turlariga SiC diodlari, SiC tranzistorlari va SiC quvvat modullari kiradi. Yuqori oqimdagi material ishlab chiqarish tezligining pastligi va past hosildorlik darajasi kabi omillar tufayli kremniy karbid qurilmalari nisbatan yuqori ishlab chiqarish xarajatlariga ega.
Bundan tashqari, kremniy karbid qurilmasini ishlab chiqarishda ma'lum texnik qiyinchiliklar mavjud:
1) Kremniy karbid materiallarining xususiyatlariga mos keladigan maxsus jarayonni ishlab chiqish zarur. Masalan: SiC yuqori erish nuqtasiga ega, bu esa an'anaviy termal diffuziyani samarasiz qiladi. Ion implantatsiyasi qo'shilish usulidan foydalanish va harorat, isitish tezligi, davomiyligi va gaz oqimi kabi parametrlarni aniq nazorat qilish kerak; SiC kimyoviy erituvchilarga nisbatan inertdir. Quruq o'yish kabi usullardan foydalanish kerak va niqob materiallari, gaz aralashmalari, yon devor qiyaliklarini boshqarish, o'yish tezligi, yon devor pürüzlülüğü va boshqalar optimallashtirilishi va ishlab chiqilishi kerak;
2) Kremniy karbidli plastinkalarda metall elektrodlarni ishlab chiqarish 10-5Ω2 dan past kontakt qarshiligini talab qiladi. Ni va Al talablariga javob beradigan elektrod materiallari 100°C dan yuqori haroratda yomon issiqlik barqarorligiga ega, ammo Al/Ni yaxshiroq issiqlik barqarorligiga ega. /W/Au kompozit elektrod materialining kontaktga nisbatan solishtirma qarshiligi 10-3Ω2 dan yuqori;
3) SiC yuqori kesish aşınmasına ega va SiC ning qattiqligi faqat olmosdan keyin ikkinchi o'rinda turadi, bu esa kesish, silliqlash, abrazivlash va boshqa texnologiyalarga yuqori talablarni qo'yadi.
Bundan tashqari, xandaq kremniy karbid quvvat qurilmalarini ishlab chiqarish qiyinroq. Turli xil qurilma tuzilmalariga ko'ra, kremniy karbid quvvat qurilmalarini asosan tekis qurilmalar va xandaq qurilmalariga bo'lish mumkin. Planar kremniy karbid quvvat qurilmalari yaxshi birlik konsistentsiyasiga va oddiy ishlab chiqarish jarayoniga ega, ammo JFET effektiga moyil va yuqori parazit sig'imi va on-holat qarshiligiga ega. Planar qurilmalar bilan taqqoslaganda, xandaq kremniy karbid quvvat qurilmalari pastroq birlik konsistentsiyasiga ega va murakkabroq ishlab chiqarish jarayoniga ega. Biroq, xandaq tuzilishi qurilma birlik zichligini oshirishga yordam beradi va JFET effektini hosil qilish ehtimoli kamroq, bu esa kanal harakatchanligi muammosini hal qilishda foydalidir. U kichik qarshilik, kichik parazit sig'imi va past kommutatsiya energiyasi iste'moli kabi ajoyib xususiyatlarga ega. U sezilarli xarajat va ishlash afzalliklariga ega va kremniy karbid quvvat qurilmalarini rivojlantirishning asosiy yo'nalishiga aylandi. Rohm rasmiy veb-saytiga ko'ra, ROHM Gen3 tuzilishi (Gen1 Trench tuzilishi) Gen2 (Plannar2) chip maydonining atigi 75% ni tashkil qiladi va ROHM Gen3 tuzilishining qarshiligi bir xil chip o'lchamida 50% ga kamayadi.
Silikon karbid substrati, epitaksiya, oldingi qism, ilmiy-tadqiqot va ishlanmalar xarajatlari va boshqalar kremniy karbid qurilmalarini ishlab chiqarish xarajatlarining mos ravishda 47%, 23%, 19%, 6% va 5% ni tashkil qiladi.
Nihoyat, biz kremniy karbid sanoat zanjiridagi substratlarning texnik to'siqlarini buzishga e'tibor qaratamiz.
Kremniy karbid substratlarini ishlab chiqarish jarayoni kremniy asosidagi substratlarni ishlab chiqarish jarayoniga o'xshash, ammo qiyinroq.
Silikon karbid substratini ishlab chiqarish jarayoni odatda xom ashyo sintezi, kristall o'sishi, quyma ishlov berish, quyma kesish, gofretni silliqlash, abrazivlash, tozalash va boshqa aloqalarni o'z ichiga oladi.
Kristall o'sish bosqichi butun jarayonning yadrosidir va bu bosqich kremniy karbid substratining elektr xususiyatlarini aniqlaydi.
Kremniy karbid materiallarini normal sharoitlarda suyuq fazada o'stirish qiyin. Bugungi kunda bozorda mashhur bo'lgan bug' fazasini o'stirish usuli 2300°C dan yuqori o'sish haroratiga ega va o'sish haroratini aniq nazorat qilishni talab qiladi. Butun operatsiya jarayonini kuzatish deyarli qiyin. Kichik xato mahsulotni chiqindilarga olib keladi. Taqqoslash uchun, kremniy materiallari atigi 1600℃ haroratni talab qiladi, bu ancha past. Kremniy karbid substratlarini tayyorlash ham kristall o'sishining sekinligi va kristall shaklining yuqori talablari kabi qiyinchiliklarga duch keladi. Kremniy karbid plastinka o'sishi taxminan 7 dan 10 kungacha davom etadi, silikon tayoqchani tortish esa atigi 2 yarim kun davom etadi. Bundan tashqari, kremniy karbid - bu olmosdan keyingi qattiqlikdagi material. U kesish, silliqlash va abrazivlash paytida ko'p narsani yo'qotadi va chiqish nisbati atigi 60% ni tashkil qiladi.
Biz bilamizki, kremniy karbid substratlarining hajmini oshirish tendentsiyasi kuzatilmoqda, hajmi oshib borishi bilan diametrni kengaytirish texnologiyasiga bo'lgan talablar tobora ortib bormoqda. Kristallarning takroriy o'sishiga erishish uchun turli xil texnik boshqaruv elementlarining kombinatsiyasini talab qiladi.
Nashr vaqti: 2024-yil 22-may