Silisium karbidinə giriş
Silikon karbid (SiC) yüksək temperatur, yüksək tezlikli, yüksək güc və yüksək gərginlikli cihazların istehsalı üçün ideal materiallardan biri olan karbon və silisiumdan ibarət mürəkkəb yarımkeçirici materialdır. Ənənəvi silisium materialı (Si) ilə müqayisədə, silisium karbidinin bant boşluğu silisiumdan 3 dəfə çoxdur. İstilik keçiriciliyi silisiumdan 4-5 dəfə çoxdur; Parçalanma gərginliyi silisiumdan 8-10 dəfə çoxdur; Elektron doyma drift dərəcəsi silisiumdan 2-3 dəfə yüksəkdir ki, bu da müasir sənayenin yüksək güc, yüksək gərginlik və yüksək tezlik tələblərinə cavab verir. Əsasən yüksək sürətli, yüksək tezlikli, yüksək gücə malik və işıq yayan elektron komponentlərin istehsalı üçün istifadə olunur. Aşağı axın tətbiq sahələrinə ağıllı şəbəkə, yeni enerji vasitələri, fotovoltaik külək enerjisi, 5G rabitəsi və s. daxildir. Silikon karbid diodları və MOSFETlər kommersiya məqsədli tətbiq edilmişdir.
Yüksək temperatur müqaviməti. Silikon karbidin bant boşluğunun eni silisiumdan 2-3 dəfədir, elektronların yüksək temperaturda keçidi asan deyil və daha yüksək işləmə temperaturlarına davam edə bilər və silikon karbidin istilik keçiriciliyi silisiumdan 4-5 dəfə daha yüksəkdir, cihazın istilik yayılmasını asanlaşdırır və limit iş temperaturu daha yüksəkdir. Yüksək temperatur müqaviməti, soyutma sisteminə tələbləri azaltmaqla yanaşı, enerji sıxlığını əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər, terminalı daha yüngül və kiçik edir.
Yüksək təzyiqə tab gətirin. Silikon karbidin parçalanma elektrik sahəsinin gücü daha yüksək gərginliyə tab gətirə bilən və yüksək gərginlikli cihazlar üçün daha uyğun olan silisiumdan 10 dəfə çoxdur.
Yüksək tezlikli müqavimət. Silikon karbid, silisiumdan iki dəfə doymuş elektron sürüşmə sürətinə malikdir, nəticədə cihazın keçid tezliyini effektiv şəkildə yaxşılaşdıra və cihazın miniatürləşdirilməsini həyata keçirə bilən bağlanma prosesi zamanı cərəyan tullantılarının olmaması ilə nəticələnir.
Aşağı enerji itkisi. Silikon materialla müqayisədə silisium karbid çox aşağı müqavimətə və aşağı itkiyə malikdir. Eyni zamanda, silisium karbidinin yüksək diapazon genişliyi sızma cərəyanını və güc itkisini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Bundan əlavə, silisium karbid cihazında bağlanma prosesində cari arxada qalma fenomeni yoxdur və keçid itkisi azdır.
Silikon karbid sənaye zənciri
Bu, əsasən, substrat, epitaksiya, cihaz dizaynı, istehsal, sızdırmazlıq və s. Silisium karbid materialdan yarımkeçirici güc qurğusuna qədər tək kristal artımı, külçə dilimlənməsi, epitaksial böyümə, vafli dizayn, istehsal, qablaşdırma və digər proseslərlə qarşılaşacaq. Silisium karbid tozunun sintezindən sonra əvvəlcə silisium karbid külçəsi hazırlanır, sonra dilimləmə, üyüdülmə və cilalama yolu ilə silisium karbid substratı, epitaksial böyümə yolu ilə epitaksial təbəqə alınır. Epitaksial vafli litoqrafiya, aşındırma, ion implantasiyası, metalın passivləşdirilməsi və digər proseslər vasitəsilə silisium karbiddən hazırlanır, vafli matris şəklində kəsilir, cihaz qablaşdırılır və qurğu xüsusi qabığa birləşdirilərək modula yığılır.
Sənaye zəncirinin yuxarı axını 1: substrat - kristal artım əsas prosesin əlaqəsidir
Silikon karbid substratı silikon karbid cihazlarının dəyərinin təxminən 47% -ni təşkil edir, ən yüksək istehsal texniki maneələri, ən böyük dəyər SiC-nin gələcək genişmiqyaslı sənayeləşməsinin əsasını təşkil edir.
Elektrokimyəvi xassə fərqləri baxımından, silisium karbid substrat materialları keçirici substratlara (müqavimət sahəsi 15 ~ 30mΩ·sm) və yarı izolyasiya edilmiş substratlara (müqavimət 105Ω·sm-dən yüksək) bölünə bilər. Bu iki növ substrat epitaksial böyümədən sonra müvafiq olaraq güc cihazları və radiotezlik cihazları kimi diskret cihazların istehsalı üçün istifadə olunur. Onların arasında yarı izolyasiya edilmiş silisium karbid substratı əsasən qallium nitridi RF cihazlarının, fotoelektrik cihazların və s. istehsalında istifadə olunur. Yarım izolyasiya edilmiş SIC substratında gan epitaksial təbəqəni böyütməklə, HEMT gan izo-nitrid RF cihazlarında daha da hazırlana bilən sic epitaksial lövhə hazırlanır. Keçirici silisium karbid substratı əsasən güc cihazlarının istehsalında istifadə olunur. Ənənəvi silisium güc qurğusunun istehsal prosesindən fərqli olaraq, silisium karbid güc qurğusu birbaşa silisium karbid substratında hazırlana bilməz, silisium karbid epitaksial təbəqəsi silisium karbid epitaksial təbəqəni əldə etmək üçün keçirici substratda yetişdirilməlidir və epitaksial təbəqə Schott BT BT OS və digər güc cihazlarında istehsal olunur.
Silikon karbid tozu yüksək saflıqda karbon tozundan və yüksək saflıqda silisium tozundan sintez edilmiş və müxtəlif ölçülü silisium karbid külçəsi xüsusi temperatur sahəsində yetişdirilmiş və sonra bir çox emal prosesi ilə silisium karbid substratı istehsal edilmişdir. Əsas prosesə aşağıdakılar daxildir:
Xammal sintezi: Yüksək təmizlikdə olan silisium tozu + toner formulaya uyğun qarışdırılır və xüsusi kristal tipinə və hissəcik ölçüsünə malik silisium karbid hissəciklərini sintez etmək üçün reaksiya 2000°C-dən yuxarı yüksək temperatur şəraitində reaksiya kamerasında aparılır. Sonra yüksək təmizlik silisium karbid toz xammalının tələblərinə cavab vermək üçün əzmə, süzmə, təmizləmə və digər proseslər vasitəsilə.
Kristal böyüməsi silisium karbid substratının elektrik xüsusiyyətlərini təyin edən silisium karbid substratının istehsalının əsas prosesidir. Hazırda kristalların böyüməsi üçün əsas üsullar fiziki buxar transferi (PVT), yüksək temperaturda kimyəvi buxar çökmə (HT-CVD) və maye faza epitaksisidir (LPE). Onların arasında PVT metodu hazırda ən yüksək texniki yetkinliyə malik və mühəndislikdə ən çox istifadə edilən SiC substratının kommersiya artımı üçün əsas metoddur.
SiC substratının hazırlanması çətindir, bu onun yüksək qiymətinə səbəb olur
Temperatur sahəsinə nəzarət çətindir: Si kristal çubuq böyüməsi yalnız 1500 ℃ lazımdır, SiC kristal çubuq isə 2000 ℃-dən yuxarı yüksək temperaturda yetişdirilməlidir və 250-dən çox SiC izomeri var, lakin güc cihazlarının istehsalı üçün əsas 4H-SiC tək kristal quruluşu, başqa dəqiq nəzarət olmasa da, əldə edəcək. Bundan əlavə, tigedəki temperatur qradiyenti SiC sublimasiyasının ötürülmə sürətini və kristalın böyümə sürətinə və kristal keyfiyyətinə təsir edən qaz atomlarının kristal interfeysində düzülüşü və böyümə rejimini müəyyənləşdirir, buna görə də sistematik temperatur sahəsinə nəzarət texnologiyasını formalaşdırmaq lazımdır. Si materialları ilə müqayisədə SiC istehsalındakı fərq yüksək temperaturda ion implantasiyası, yüksək temperaturda oksidləşmə, yüksək temperaturun aktivləşdirilməsi və bu yüksək temperatur prosesləri tərəfindən tələb olunan sərt maska prosesi kimi yüksək temperatur proseslərində də olur.
Yavaş kristal böyüməsi: Si kristal çubuğunun böyümə sürəti 30 ~ 150 mm / saata çata bilər və 1-3 m silikon kristal çubuq istehsalı yalnız təxminən 1 gün çəkir; Nümunə olaraq PVT üsulu ilə SiC kristal çubuq, böyümə sürəti təxminən 0,2-0,4 mm / saat, 3-6 sm-dən az böyümək üçün 7 gün, böyümə sürəti silikon materialın 1% -dən azdır, istehsal gücü son dərəcə məhduddur.
Yüksək məhsul parametrləri və aşağı məhsuldarlıq: SiC substratının əsas parametrlərinə mikrotubula sıxlığı, dislokasiya sıxlığı, müqavimət, əyilmə, səth pürüzlülüyü və s.
Material yüksək sərtliyə, yüksək kövrəkliyə, uzun kəsmə müddətinə və yüksək aşınmaya malikdir: SiC Mohs 9,25 sərtliyi yalnız almazdan sonra ikinci yerdədir, bu da kəsmə, üyütmə və cilalama çətinliklərinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olur və 3 sm qalınlığında külçədən 35-40 ədəd kəsmək üçün təxminən 120 saat vaxt lazımdır. Bundan əlavə, SiC-nin yüksək kövrəkliyi səbəbindən vafli emal aşınması daha çox olacaq və çıxış nisbəti yalnız təxminən 60% təşkil edir.
İnkişaf tendensiyası: Ölçü artımı + qiymət azalması
Qlobal SiC bazarı 6 düymlük həcmli istehsal xətti yetişir və aparıcı şirkətlər 8 düymlük bazara daxil oldular. Daxili inkişaf layihələri əsasən 6 düymdür. Hal-hazırda, əksər yerli şirkətlər hələ də 4 düymlük istehsal xətlərinə əsaslansa da, sənaye tədricən 6 düymlüyə qədər genişlənir, 6 düymlük dəstəkləyici avadanlıq texnologiyasının yetkinliyi ilə yerli SiC substrat texnologiyası da böyük ölçülü istehsal xətlərinin miqyasının iqtisadiyyatını tədricən yaxşılaşdırır. Daha böyük vafli ölçüsü tək çiplərin sayının artmasına səbəb ola bilər, məhsuldarlıq dərəcəsini yaxşılaşdıra və kənar çiplərin nisbətini azalda bilər və tədqiqat və inkişaf xərcləri və məhsul itkisi təxminən 7% səviyyəsində saxlanılacaq və bununla da vaflidən istifadəni yaxşılaşdıracaqdır.
Cihaz dizaynında hələ də bir çox çətinliklər var
SiC diodunun kommersiyalaşdırılması tədricən təkmilləşdirilir, hazırda bir sıra yerli istehsalçılar SiC SBD məhsullarını dizayn etmişlər, orta və yüksək gərginlikli SiC SBD məhsulları yaxşı sabitliyə malikdir, OBC avtomobilində, sabit cərəyan sıxlığına nail olmaq üçün SiC SBD+SI IGBT-dən istifadə edilmişdir. Hazırda Çində SiC SBD məhsullarının patent dizaynında heç bir maneə yoxdur və xarici ölkələrlə fərq azdır.
SiC MOS-un hələ də bir çox çətinlikləri var, SiC MOS ilə xarici istehsalçılar arasında hələ də boşluq var və müvafiq istehsal platforması hələ də tikilməkdədir. Hal-hazırda, ST, Infineon, Rohm və digər 600-1700V SiC MOS kütləvi istehsala nail olub və bir çox istehsal sənayesi ilə imzalanıb və göndərilib, halbuki mövcud yerli SiC MOS dizaynı əsasən tamamlanıb, bir sıra dizayn istehsalçıları vafli axını mərhələsində fablarla işləyirlər və daha sonra müştərinin yoxlanılması hələ bir qədər uzun müddətə ehtiyac duyur.
Hazırda planar struktur əsas seçimdir və gələcəkdə xəndək növü yüksək təzyiq sahəsində geniş istifadə olunur. Planar strukturu SiC MOS istehsalçıları çoxdur, planar strukturu yivlə müqayisədə yerli parçalanma problemlərini çıxarmaq asan deyil, işin sabitliyinə təsir göstərir, bazarda 1200V-dən aşağı olan bazarda geniş tətbiq dəyəri var və planar quruluş istehsal sonunda nisbətən sadədir, istehsal qabiliyyəti və xərclərə nəzarət iki aspektə cavab verir. Groove cihazı son dərəcə aşağı parazitar endüktans, sürətli keçid sürəti, aşağı itki və nisbətən yüksək performans üstünlüklərinə malikdir.
2--SiC gofret xəbərləri
Silikon karbid bazarının istehsalı və satış artımı, tələb və təklif arasındakı struktur balanssızlığına diqqət yetirin
Yüksək tezlikli və yüksək güclü enerji elektronikasına bazar tələbinin sürətlə artması ilə, silikon əsaslı yarımkeçirici cihazların fiziki limit darboğazı tədricən qabarıq oldu və silisium karbid (SiC) ilə təmsil olunan üçüncü nəsil yarımkeçirici materiallar tədricən sənayeləşdi. Material performans baxımından, silisium karbid silisium materialından 3 dəfə bant boşluğu genişliyinə, 10 dəfə kritik parçalanma elektrik sahəsinin gücünə, 3 dəfə istilik keçiriciliyinə malikdir, buna görə silisium karbid güc cihazları yüksək tezlikli, yüksək təzyiq, yüksək temperatur və digər tətbiqlər üçün uyğundur, enerji elektron sistemlərinin səmərəliliyini və güc sıxlığını yaxşılaşdırmağa kömək edir.
Hal-hazırda, SiC diodları və SiC MOSFET-ləri tədricən bazara keçdi və daha yetkin məhsullar var ki, bunlar arasında SiC diodları bəzi sahələrdə silisium əsaslı diodların əvəzinə geniş şəkildə istifadə olunur, çünki onların tərs bərpa yükü üstünlüyü yoxdur; SiC MOSFET də tədricən avtomobil sənayesində, enerjinin saxlanması, şarj yığını, fotovoltaik və digər sahələrdə istifadə olunur; Avtomobil tətbiqləri sahəsində modullaşdırma tendensiyası getdikcə daha çox nəzərə çarpır, SiC-nin üstün performansına nail olmaq üçün qabaqcıl qablaşdırma proseslərinə güvənmək lazımdır, texniki cəhətdən nisbətən yetkin qabıq sızdırmazlığı əsas kimi, gələcək və ya plastik sızdırmazlığın inkişafı, onun fərdi inkişaf xüsusiyyətləri SiC modulları üçün daha uyğundur.
Silikon karbidin qiymətinin düşmə sürəti və ya təsəvvüründən kənarda
Silikon karbid cihazlarının tətbiqi əsasən yüksək qiymətlə məhdudlaşır, eyni səviyyədəki SiC MOSFET-in qiyməti Si əsaslı IGBT-dən 4 dəfə yüksəkdir, bunun səbəbi silisium karbid prosesinin mürəkkəb olmasıdır, burada tək kristal və epitaksial böyümə yalnız ətraf mühitə sərt deyil, həm də böyümə sürəti yavaşdır və tək kristallləmə prosesinə keçməlidir. Öz maddi xüsusiyyətlərinə və yetişməmiş emal texnologiyasına əsasən, yerli substratın məhsuldarlığı 50% -dən azdır və müxtəlif amillər yüksək substrat və epitaksial qiymətlərə səbəb olur.
Bununla belə, silisium karbid cihazlarının və silikon əsaslı cihazların maya dəyəri tamamilə əksinədir, ön kanalın əsas və epitaksial xərcləri bütün cihazın müvafiq olaraq 47% və 23% -ni, təxminən 70% -ni təşkil edir, cihazın dizaynı, arxa kanalın istehsalı və möhürlənməsi yalnız 30% -ni təşkil edir. arxa kanalın istehsalı təxminən 50%, substratın dəyəri isə yalnız 7% təşkil edir. Silikon karbid sənaye zəncirinin alt-üst dəyəri fenomeni o deməkdir ki, yuxarıdakı substrat epitaxy istehsalçıları yerli və xarici müəssisələrin tərtibatının açarı olan əsas danışmaq hüququna malikdirlər.
Bazarda dinamik nöqteyi-nəzərdən, silikon karbidin dəyərini azaltmaq, silikon karbid uzun kristalını və dilimləmə prosesini yaxşılaşdırmaqla yanaşı, keçmişdə yarımkeçirici inkişafının yetkin yolu olan vafli ölçüsünü genişləndirməkdir, Wolfspeed məlumatları göstərir ki, silikon karbid istehsalı substratın istehsalını 6-dan 8-ə qədər artıra bilər. 80%-90% və məhsuldarlığı yaxşılaşdırmağa kömək edir. Birləşdirilmiş vahid dəyərini 50% azalda bilər.
2023-cü il "8 düymlük SiC ilk ili" kimi tanınır, bu il yerli və xarici silisium karbid istehsalçıları 8 düymlük silisium karbidin planını sürətləndirirlər, məsələn Wolfspeed silisium karbid istehsalının genişləndirilməsi üçün 14,55 milyard ABŞ dolları dəyərində sərmayə qoyur, bunun mühüm hissəsi Silikon karbidin gələcək tədarükü zavodunun tikintisini təmin edir. Bir sıra şirkətlərə 200 mm SiC çılpaq metal; Yerli Tianyue Advanced və Tianke Heda, həmçinin gələcəkdə 8 düymlük silisium karbid substratların tədarükü üçün Infineon ilə uzunmüddətli müqavilələr imzaladılar.
Bu ildən başlayaraq, silisium karbid 6 düymdən 8 düymədək sürətlənəcək, Wolfspeed 2024-cü ilə qədər 8 düymlük substratın vahid çip dəyərinin 2022-ci ildə 6 düymlük substratın vahid çip dəyəri ilə müqayisədə 60% -dən çox azalacağını və xərclərin azalmasının tətbiq bazarını daha da açacağını qeyd etdi. 8 düymlük məhsulların hazırkı bazar payı 2%-dən azdır və bazar payının 2026-cı ilə qədər təxminən 15%-ə qədər artacağı gözlənilir.
Əslində, silisium karbid substratının qiymətindəki azalma sürəti bir çox insanın təsəvvüründən çox ola bilər, 6 düymlük substratın cari bazar təklifi 4000-5000 yuan / parçadır, ilin əvvəli ilə müqayisədə çox düşmüşdür, gələn il 4000 yuandan aşağı düşəcəyi gözlənilir, bəzi istehsalçıların satış qiymətini azaltmaq üçün ilk bazarda sifariş verdiyini qeyd etmək lazımdır. Aşağıda, qiymət müharibəsi modeli açıldı, əsasən silisium karbid döşənəyi tədarükündə cəmlənmişdir, aşağı gərginlikli sahədə nisbətən kifayət qədər olmuşdur, yerli və xarici istehsalçılar aqressiv şəkildə istehsal imkanlarını genişləndirirlər və ya silisium karbid substratının təxmin ediləndən daha çox tədarükü mərhələsinə icazə verirlər.
Göndərmə vaxtı: 19 yanvar 2024-cü il