Thế hệ vật liệu bán dẫn đầu tiên được đại diện bởi silicon (Si) và germani (Ge) truyền thống, là cơ sở cho sản xuất mạch tích hợp. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các bóng bán dẫn và máy dò điện áp thấp, tần số thấp và công suất thấp. Hơn 90% sản phẩm bán dẫn được làm bằng vật liệu gốc silicon;
Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai được đại diện bởi gali arsenide (GaAs), indi phosphide (InP) và gali phosphide (GaP). So với các thiết bị dựa trên silicon, chúng có đặc tính quang điện tử tần số cao và tốc độ cao và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quang điện tử và vi điện tử. ;
Thế hệ vật liệu bán dẫn thứ ba được thể hiện bằng các vật liệu mới nổi như silicon carbide (SiC), gali nitride (GaN), kẽm oxit (ZnO), kim cương (C) và nhôm nitride (AlN).
Silic cacbualà vật liệu cơ bản quan trọng cho sự phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn thế hệ thứ ba. Thiết bị điện silicon carbide có thể đáp ứng hiệu quả các yêu cầu về hiệu suất cao, thu nhỏ và nhẹ của hệ thống điện tử công suất với khả năng chịu điện áp cao, chịu nhiệt độ cao, tổn thất thấp và các đặc tính khác.
Do các tính chất vật lý vượt trội của nó: khoảng cách băng tần cao (tương ứng với trường điện đánh thủng cao và mật độ công suất cao), độ dẫn điện cao và độ dẫn nhiệt cao, dự kiến nó sẽ trở thành vật liệu cơ bản được sử dụng rộng rãi nhất để chế tạo chip bán dẫn trong tương lai. Đặc biệt là trong các lĩnh vực xe năng lượng mới, phát điện quang điện, vận tải đường sắt, lưới điện thông minh và các lĩnh vực khác, nó có những ưu điểm rõ ràng.
Quy trình sản xuất SiC được chia thành ba bước chính: Phát triển tinh thể đơn SiC, phát triển lớp epitaxial và sản xuất thiết bị, tương ứng với bốn mắt xích chính của chuỗi công nghiệp:chất nền, sự mọc lên, thiết bị và mô-đun.
Phương pháp chính thống để sản xuất chất nền đầu tiên sử dụng phương pháp thăng hoa hơi vật lý để thăng hoa bột trong môi trường chân không nhiệt độ cao và phát triển các tinh thể silicon carbide trên bề mặt của tinh thể hạt giống thông qua việc kiểm soát trường nhiệt độ. Sử dụng một tấm silicon carbide làm chất nền, lắng đọng hơi hóa học được sử dụng để lắng đọng một lớp tinh thể đơn trên tấm để tạo thành một tấm epitaxial. Trong số đó, việc phát triển một lớp epitaxial silicon carbide trên một chất nền silicon carbide dẫn điện có thể được chế tạo thành các thiết bị điện, chủ yếu được sử dụng trong xe điện, quang điện và các lĩnh vực khác; phát triển một lớp epitaxial gali nitride trên một bán cách điệnchất nền silicon carbidecó thể được chế tạo thành các thiết bị tần số vô tuyến, sử dụng trong truyền thông 5G và các lĩnh vực khác.
Hiện nay, vật liệu nền silicon carbide có rào cản kỹ thuật cao nhất trong chuỗi công nghiệp silicon carbide và là vật liệu nền silicon carbide khó sản xuất nhất.
Nút thắt sản xuất SiC vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn, chất lượng của các trụ tinh thể nguyên liệu thô không ổn định và có vấn đề về năng suất, dẫn đến chi phí của các thiết bị SiC cao. Trung bình chỉ mất 3 ngày để vật liệu silicon phát triển thành một thanh tinh thể, nhưng phải mất một tuần để một thanh tinh thể silicon carbide. Một thanh tinh thể silicon nói chung có thể phát triển dài 200cm, nhưng một thanh tinh thể silicon carbide chỉ có thể phát triển dài 2cm. Hơn nữa, bản thân SiC là một vật liệu cứng và giòn, và các tấm wafer làm bằng nó dễ bị sứt cạnh khi sử dụng phương pháp cắt wafer cơ học truyền thống, ảnh hưởng đến năng suất và độ tin cậy của sản phẩm. Các chất nền SiC rất khác so với các thỏi silicon truyền thống và mọi thứ từ thiết bị, quy trình, chế biến đến cắt đều cần được phát triển để xử lý silicon carbide.
Chuỗi công nghiệp silicon carbide chủ yếu được chia thành bốn liên kết chính: chất nền, epitaxy, thiết bị và ứng dụng. Vật liệu chất nền là nền tảng của chuỗi công nghiệp, vật liệu epitaxy là chìa khóa để sản xuất thiết bị, thiết bị là cốt lõi của chuỗi công nghiệp và ứng dụng là động lực thúc đẩy sự phát triển của công nghiệp. Ngành công nghiệp thượng nguồn sử dụng nguyên liệu thô để tạo ra vật liệu chất nền thông qua phương pháp thăng hoa hơi vật lý và các phương pháp khác, sau đó sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học và các phương pháp khác để phát triển vật liệu epitaxy. Ngành công nghiệp trung nguồn sử dụng vật liệu thượng nguồn để tạo ra các thiết bị tần số vô tuyến, thiết bị điện và các thiết bị khác, cuối cùng được sử dụng trong truyền thông 5G hạ nguồn. , xe điện, vận tải đường sắt, v.v. Trong số đó, chất nền và epitaxy chiếm 60% chi phí của chuỗi công nghiệp và là giá trị chính của chuỗi công nghiệp.
Chất nền SiC: Tinh thể SiC thường được sản xuất bằng phương pháp Lely. Các sản phẩm chính thống quốc tế đang chuyển đổi từ 4 inch sang 6 inch và các sản phẩm chất nền dẫn điện 8 inch đã được phát triển. Chất nền trong nước chủ yếu là 4 inch. Vì các dây chuyền sản xuất wafer silicon 6 inch hiện có có thể được nâng cấp và chuyển đổi để sản xuất các thiết bị SiC, nên thị phần cao của chất nền SiC 6 inch sẽ được duy trì trong một thời gian dài.
Quá trình tạo chất nền silicon carbide phức tạp và khó sản xuất. Chất nền silicon carbide là vật liệu tinh thể đơn bán dẫn hợp chất bao gồm hai thành phần: carbon và silicon. Hiện tại, ngành công nghiệp chủ yếu sử dụng bột carbon có độ tinh khiết cao và bột silicon có độ tinh khiết cao làm nguyên liệu để tổng hợp bột silicon carbide. Trong trường nhiệt độ đặc biệt, phương pháp truyền hơi vật lý trưởng thành (phương pháp PVT) được sử dụng để phát triển silicon carbide có kích thước khác nhau trong lò phát triển tinh thể. Thỏi tinh thể cuối cùng được xử lý, cắt, nghiền, đánh bóng, làm sạch và nhiều quy trình khác để tạo ra chất nền silicon carbide.
Thời gian đăng: 22-05-2024