Destpêka karbîdê silicon
Silicon carbide (SiC) materyalek nîvconduktorê tevlihev e ku ji karbon û silicon pêk tê, ku yek ji wan materyalên îdeal e ji bo çêkirina cîhazên germahiya bilind, frekansa bilind, hêza bilind û voltaja bilind. Li gorî materyalê kevneşopî ya silicon (Si), valahiya bandê ya karbîdê silicon 3 carî ji silicon e. Germbûna germê 4-5 carî ji silicon e; Voltaja hilweşandinê 8-10 qatê ya silicon e; Rêjeya dravê têrbûna elektronîkî 2-3 carî ya silicon e, ku hewcedariyên pîşesaziya nûjen ji bo hêza bilind, voltaja bilind û frekansa bilind peyda dike. Ew bi giranî ji bo hilberîna beşên elektronîkî yên bi leza bilind, frekansa bilind, hêza bilind û ronahiyê tê bikar anîn. Qadên serîlêdanê yên jêrîn tevna jîr, wesayîtên enerjiya nû, hêza bayê fotovoltaîk, ragihandina 5G, hwd. Diodên karbîd ên silicon û MOSFET bi bazirganî hatine sepandin.
Berxwedana germahiya bilind. Firehiya valahiya bandê ya karbîd silicon 2-3 qat ji silicon e, elektron ne hêsan in ku di germahiyên bilind de werin veguheztin, û dikarin li ber germahiyên xebitandinê yên bilind bisekinin, û guheztina germî ya karbîda silicon 4-5 carî ji silicon e. ku belavkirina germahiya cîhazê hêsantir dike û germahiya xebatê ya sînor bilindtir dike. Berxwedana germahiya bilind dikare di heman demê de hewcedariyên li ser pergala sarbûnê kêm bike, dendika hêzê bi girîngî zêde bike, termînalê sivik û piçûktir bike.
Li ber zexta bilind bisekinin. Hêza şikestina zeviya elektrîkê ya karbîda silicon 10 carî ji siliconê ye, ku dikare li hember voltaja bilind rabe û ji bo amûrên voltaja bilind maqûltir e.
Berxwedana frekansa bilind. Silicon carbide xwedan rêjeyek dravê elektronîkî ya têrbûyî ye ku du caran ji siliconê ye, di encamê de nebûna dûvika heyî di dema pêvajoya sekinandinê de, ku dikare bi bandor frekansa veguheztina cîhazê baştir bike û piçûkkirina cîhazê pêk bîne.
Windakirina enerjiyê kêm. Li gorî materyalê silicon, karbîdê silicon xwedan berxwedanek pir kêm û windabûna kêm e. Di heman demê de, firehiya band-gapa bilind a karbîd a siliconê herikîna leaksiyonê û windabûna hêzê pir kêm dike. Digel vê yekê, cîhaza karbîd a silicon di pêvajoya sekinandinê de xwedan fenomena şopandina heyî nîne, û windabûna veguheztinê kêm e.
Zincîra pîşesaziya karbîdê silicon
Ew bi giranî substrate, epîtaksi, sêwirana cîhazê, çêkirin, zeliqandin û hwd vedihewîne. Karbîdê silicon ji materyalê heya cîhaza hêza nîvconductor dê mezinbûna yek krîstal, perçekirina ingot, mezinbûna epitaxial, sêwirana wafer, çêkirin, pakkirin û pêvajoyên din biceribîne. Piştî senteza toza silicon carbide, pêşî îngota karbîd silicon tê çêkirin, û paşê jî substrate karbîd silicon bi rijandin, hûrkirin û paqijkirin, û pelê epitaxial bi mezinbûna epitaxial tê bidestxistin. Wafera epîtaksial ji karbîdê siliconê bi lîtografî, etching, implantasyona ion, pasîvasyona metal û pêvajoyên din ve tê çêkirin, wafer di nav mirinê de tê qut kirin, amûr tê pakkirin, û cîhaz di nav şêlekek taybetî de tête hev kirin û di modulekê de tê berhev kirin.
Serê zincîra pîşesaziyê 1: substrate - mezinbûna krîstal girêka pêvajoya bingehîn e
Substrata karbîd a silicon bi qasî 47% ji lêçûna amûrên karbîd ên silicon digire, astengên teknîkî yên hilberîna herî bilind, nirxa herî mezin, bingeha pîşesaziya mezin a pêşerojê ya SiC ye.
Ji perspektîfa cûdahiyên milkê elektrokîmyayî, materyalên substrata karbîd a silicon dikare li jêrzemînên rêgir (herêma berxwedanê 15~30mΩ·cm) û substratên nîv-îzolekirî (berxwedanî ji 105Ω·cm bilindtir) were dabeş kirin. Van her du celeb substrate bi rêzdarî piştî mezinbûna epitaxial ji bo çêkirina amûrên veqetandî yên wekî amûrên hêzê û amûrên frekansa radyoyê têne bikar anîn. Di nav wan de, substrata karbîd a siliconê ya nîv-îzolekirî bi giranî di çêkirina cîhazên RF nitride galium, amûrên fotoelektrîkî û hwd de tê bikar anîn. Bi mezinbûna qata epîtaksial a gan li ser substrata SIC-ê ya nîv-îzolekirî, plakaya epîtaksial a sic tê amadekirin, ku dikare di cîhazên RF-ya iso-nitride HEMT gan de bêtir were amadekirin. Substrata karbîd a siliconê ya rêkûpêk bi gelemperî di çêkirina amûrên hêzê de tê bikar anîn. Cûdahiya ji pêvajoya hilberîna cîhaza hêza silicon ya kevneşopî, cîhaza hêza karbîd a silicon rasterast li ser binesaziya karbîd a silicon nayê çêkirin, pêdivî ye ku tebeqeya epitaxial karbîd a silicon li ser substrata rêgir were mezin kirin da ku pelika epîtaksial a silicon carbide, û epitaxial were bidestxistin. qat li ser dioda Schottky, MOSFET, IGBT û amûrên din ên hêzê têne çêkirin.
Toza karbîdê silicon ji toza karbonê ya paqijiya bilind û toza siliconê ya paqijiya bilind hate sentez kirin, û mezinahiyên cihêreng ên karbîdê silicon di bin zeviya germahiya taybetî de hatin mezin kirin, û dûv re substrata karbîd a silicon bi navgîniya pir pêvajoyên pêvajoyê ve hate hilberandin. Pêvajoya bingehîn pêk tê:
Senteza madeya xav: Toza silicon + toner a paqijiya bilind li gorî formulê tê tevlihev kirin, û reaksîyon di jûreya reaksiyonê de di bin şert û mercên germahiya bilind de li jor 2000 °C tê meşandin da ku perçeyên karbîd ên silicon bi celeb û perçeyek taybetî ya krîstalê re hevber bikin. mezinayî. Dûv re di nav pelçiqandin, kişandin, paqijkirin û pêvajoyên din de, da ku pêdiviyên materyalên xav ên toza silicon carbide silicon paqijiya bilind bicîh bînin.
Mezinbûna krîstal pêvajoya bingehîn a çêkirina substrata karbîd a silicon e, ku taybetmendiyên elektrîkî yên substrata karbîd a silicon destnîşan dike. Heya nuha, rêbazên sereke yên ji bo mezinbûna krîstal veguheztina buhara laşî (PVT), depokirina buhara kîmyewî ya germahiya bilind (HT-CVD) û epîtaksiya qonaxa şil (LPE) ne. Di nav wan de, rêbaza PVT rêbaza sereke ye ji bo mezinbûna bazirganî ya substrata SiC ya niha, bi gihîştina teknîkî ya herî bilind û ya herî berfireh di endezyariyê de tê bikar anîn.
Amadekirina substratê SiC dijwar e, ku dibe sedema bihayê wê
Kontrolkirina zeviya germahiyê dijwar e: Mezinbûna darê krîstalê tenê tenê 1500 ℃ hewce dike, di heman demê de pêdivî ye ku tîrêjê krîstalê SiC li germahiyek bilind a li jor 2000℃ were mezin kirin, û zêdetirî 250 îzomerên SiC hene, lê avahiya bingehîn a krîstal 4H-SiC ji bo hilberandina amûrên hêzê, heke ne kontrolek rastîn be, dê strukturên krîstal ên din bistîne. Digel vê yekê, pileya germahiyê ya di nav xaçê de rêjeya veguheztina binavkirina SiC û rêgez û awayê mezinbûna atomên gazê yên li ser navgîniya krîstal diyar dike, ku bandorê li rêjeya mezinbûna krîstal û kalîteya krîstal dike, ji ber vê yekê pêdivî ye ku zeviyek germahiyê ya sîstematîk were çêkirin. teknolojiya kontrolê. Li gorî materyalên Si-yê, cûdahiya hilberîna SiC di pêvajoyên germahiya bilind de jî di pêvajoyên germahiya bilind de ye, wekî pêvekirina ionên germahiya bilind, oksîdasyona germahiya bilind, aktîvkirina germahiya bilind, û pêvajoya maskeya hişk a ku ji van pêvajoyên germahiya bilind re hewce dike.
Pêşveçûna kristalê ya hêdî: rêjeya mezinbûnê ya tîrêjê krîstal Si dikare bigihîje 30 ~ 150 mm / h, û hilberîna 1-3 m çîçek krîstal a silicon tenê 1 roj digire; Kulîlka krîstal a SiC bi rêbaza PVT wekî mînak, rêjeya mezinbûnê bi qasî 0,2-0,4 mm / h, 7 roj e ku ji 3-6 cm kêmtir mezin bibe, rêjeya mezinbûnê ji% 1 ya materyalê silicon kêmtir e, kapasîteya hilberînê zehf e. sînorkirî.
Parametreyên bilind ên hilberê û hilberîna kêm: Parametreyên bingehîn ên substrata SiC di nav de dendika mîkrotubulê, tîrêjê veqetandinê, berxwedanî, şerpeze, ziravbûna rûyê, hwd. Ew endezyariyek pergalê ya tevlihev e ku atoman di jûreyek germahiya bilind a girtî de saz bike û mezinbûna tam krîstal e. dema ku indexên parametreyê kontrol dikin.
Materyal xwedan serhişkiya bilind, ziravbûna zêde, dema birrîna dirêj û lêdana zêde ye: Zehmetiya SiC Mohs ya 9.25 tenê di almasê de duyemîn e, ku dibe sedema zêdebûnek girîng di dijwariya birrîn, qirkirin û paqijkirinê de, û ew bi qasî 120 demjimêran digire. 35-40 perçe ji 3cm stûr ingot. Digel vê yekê, ji ber ziravbûna bilind a SiC, cil û bergên hilberandina wafer dê zêdetir be, û rêjeya derketinê tenê bi qasî 60%.
Meyla pêşkeftinê: Zêdebûna mezinahiyê + kêmbûna bihayê
Xeta hilberîna qebareya 6-inç a bazara gerdûnî ya SiC mezin dibe, û pargîdaniyên pêşeng ketine bazara 8-inch. Projeyên pêşkeftina navxweyî bi giranî 6 inches in. Heya nuha, her çend piraniya pargîdaniyên navxwe hîn jî li ser xetên hilberîna 4-inç in, lê pîşesazî gav bi gav berbi 6-inch berfereh dibe, digel gihîştina teknolojiya alavên piştevaniya 6-inch, teknolojiya substrate SiC ya navxweyî jî hêdî hêdî aboriyên aboriyê baştir dike. pîvana xetên hilberînê yên mezin dê were xuyang kirin, û valahiya dema hilberîna girseyî ya navxweyî ya 6-inç ya heyî heya 7 salan kêm bûye. Mezinahiya waferê ya mezin dikare di hejmara çîpên yekane de zêde bike, rêjeya hilberînê baştir bike, û rêjeya çîpên kêlekê kêm bike, û lêçûna lêkolîn û pêşkeftinê û windakirina berberiyê dê bi qasî 7% were domandin, bi vî rengî wafer baştir bibe. bikaranîn.
Di sêwirana cîhazê de hîn jî gelek zehmetî hene
Bazirganîkirina dîoda SiC hêdî hêdî baştir dibe, heya niha, hejmarek hilberînerên navxweyî hilberên SiC SBD sêwirandine, hilberên SiC SBD yên voltaja navîn û bilind xwedan aramiyek baş in, di wesayîta OBC de, karanîna SiC SBD + SI IGBT ji bo bidestxistina aramiyê. density niha. Heya nuha, di sêwirana patentê ya hilberên SiC SBD de li Chinaînê ti astengî tune, û valahiya bi welatên biyanî re piçûk e.
SiC MOS hîna jî gelek zehmetiyên xwe hene, hîn jî valahiyek di navbera SiC MOS û hilberînerên derveyî de heye, û platforma hilberîna têkildar hîn jî di bin çêkirinê de ye. Heya nuha, ST, Infineon, Rohm û yên din 600-1700V SiC MOS bi dest xistine hilberîna girseyî û bi gelek pîşesaziyên hilberînê re îmze kirine û şandine, dema ku sêwirana navxweyî ya SiC MOS-ê ya heyî di bingeh de qediya ye, hejmarek hilberînerên sêwiranê bi fabrîkî re dixebitin. qonaxa herikîna waferê, û paşê verastkirina xerîdar hîn jî hin dem hewce dike, ji ber vê yekê hîn demek dirêj ji bazirganiya mezin heye.
Heya nuha, strukturên plankirî bijareya sereke ye, û celebê xendek di pêşerojê de bi berfirehî di warê tansiyona bilind de tê bikar anîn. Struktura plankirî Hilberînerên SiC MOS-ê pir in, strukturên plankirî ne hêsan e ku meriv pirsgirêkên têkçûna herêmî li gorî groove hilberîne, bandorê li aramiya xebatê dike, di sûkê de li jêr 1200V xwedan nirxek berfireh a serîlêdanê ye, û strukturên plankirî bi nisbet e. di dawiya çêkirinê de hêsan e, da ku bi du aliyan ve hilberînerî û kontrolkirina lêçûnê pêk bîne. Amûra groove xwedan avantajên induktasyona parazît a pir kêm, leza guheztina bilez, windabûna kêm û performansa nisbeten bilind e.
2--Nûçeyên siC wafer
Hilberîna sûkê û mezinbûna firotanê ya karbîdê silicon, bala xwe bidin bêhevsengiya strukturî ya di navbera peyda û daxwazê de
Bi mezinbûna bilez a daxwaziya bazarê ji bo elektronîkên bi frekansa bilind û bi hêz-hêza bilind, kêşeya tixûbê laşî ya amûrên nîvconductor-based silicon hêdî hêdî diyar dibe, û materyalên nîv-conductor yên nifşê sêyemîn ku ji hêla karbîd silicon (SiC) ve têne temsîl kirin hêdî hêdî derketine. pîşesazî bibin. Ji xala performansa materyalê ve, karbîdê silicon 3 caran ji berfirebûna bandê ya materyalê silicon, 10 carî hêza qada elektrîkê ya hilweşîna krîtîk, 3 carî guheztina germê heye, ji ber vê yekê amûrên hêza karbîdê silicon ji bo frekansa bilind, tansiyona bilind maqûl in, germahiya bilind û serîlêdanên din, ji bo baştirkirina kargêrî û dendika hêzê ya pergalên elektronîkî yên hêzê dibe alîkar.
Heya nuha, dîodên SiC û MOSFETên SiC hêdî hêdî ber bi sûkê ve çûne, û hilberên gihîştîtir jî hene, ku di nav wan de dîodên SiC bi berfirehî li şûna dîodên bingeh-silicon di hin waran de têne bikar anîn ji ber ku ew xwedan avantajê barkirina paşvekêşana berevajî nakin; SiC MOSFET di heman demê de hêdî hêdî di otomotîvê, hilanîna enerjiyê, barkirina barkirinê, fotovoltaîk û warên din de jî hêdî hêdî tê bikar anîn; Di warê sepanên otomotîvê de, meyla modularîzasyonê her ku diçe pêştir dibe, performansa bilind a SiC hewce dike ku xwe bispêre pêvajoyên pakkirinê yên pêşkeftî da ku bigihîje, ji hêla teknîkî ve bi morkirina şêlê nisbeten gihîştî wekî sereke, pêşeroj an ji bo pêşkeftina morkirina plastîk. , taybetmendiyên wê yên pêşkeftina xwerû ji bo modulên SiC-ê maqûltir in.
Leza daketina bihayê silicon carbide an ji xeyalê wêdetir
Serîlêdana cîhazên karbîdên silicon bi giranî ji hêla lêçûna bilind ve tê sînorkirin, bihayê SiC MOSFET di binê heman astê de 4 carî ji ya IGBT-ya bingehîn Si-yê zêdetir e, ev ji ber ku pêvajoya karbîd silicon tevlihev e, ku tê de mezinbûna yek krîstal û epîtaksial ne tenê li ser jîngehê hişk e, lê di heman demê de rêjeya mezinbûnê jî hêdî ye, û pêvajoya yekkrîstalê di nav substratê de pêdivî ye ku di pêvajoya birrîn û paqijkirinê de derbas bibe. Li ser bingeha taybetmendiyên xwe yên maddî û teknolojiya hilberandina nemir, hilberîna substratê navxweyî ji% 50 kêmtir e, û faktorên cihêreng dibin sedema bihayên substrat û epitaxial bilind.
Lêbelê, lêçûnên lêçûnên amûrên karbîd ên silicon û cîhazên bingehîn ên silicon bi rengek berevajî ye, lêçûnên substrate û epîtaksial ên kanala pêşîn bi rêzê 47% û 23% ji tevahiya cîhazê digirin, bi tevahî 70%, sêwirana cîhazê, çêkirinê û girêdanên girêdana kanala paşîn tenê% 30% hesab dike, lêçûna hilberîna cîhazên bingeh-silicon bi gelemperî di çêkirina waferê ya kanala paşîn de bi qasî 50% tê berhev kirin û lêçûna substratê tenê% 7 e. Diyardeya nirxa zincîra pîşesaziya silicon carbide serûber tê vê wateyê ku hilberînerên epîtaksiya substratê ya jorîn xwediyê mafê bingehîn e ku biaxive, ku mifteya sêwirana pargîdaniyên navxweyî û biyanî ye.
Ji xala dînamîkî ya li ser sûkê, kêmkirina lêçûna karbîd silicon, ji bilî başkirina karbîda silicon krîstal û pêvajoya dirêjkirinê, berfirehkirina mezinahiya wafer e, ku di heman demê de rêça gihîştî ya pêşkeftina nîvconductor di paşerojê de ye. Daneyên Wolfspeed destnîşan dikin ku nûvekirina substrata karbîd a silicon ji 6 înç berbi 8 înç nûve dibe, hilberîna çîpê ya jêhatî dikare ji% 80% -90 zêde bibe û bibe alîkar ku hilberînê baştir bike. Dikare lêçûna yekîneya hevgirtî %50 kêm bike.
2023 wekî "sala yekem a 8-inch SiC" tê zanîn, îsal, hilberînerên karbîdê siliconê yên navxwe û biyanî lezê didin sêwirana karbîdê siliconê 8-inç, wek Wolfspeed veberhênana dîn a 14.55 mîlyar dolarê Amerîkî ji bo berfirehkirina hilberîna karbîdê silicon, Beşek girîng a wê avakirina kargeha hilberîna substratê ya 8 înç e, Ji bo misogerkirina dabînkirina paşerojê ya 200 mm metal tazî SiC ji hejmarek pargîdaniyan re; Navxweyî Tianyue Advanced û Tianke Heda di heman demê de peymanên demdirêj bi Infineon re jî îmze kirine da ku di pêşerojê de substratên karbîd silicon 8-inç peyda bikin.
Ji vê salê pê ve, karbîda silicon dê ji 6 înç berbi 8 înç bileztir bibe, Wolfspeed hêvî dike ku heya sala 2024-an, lêçûna çîpê yekîneya 8 înç substratê li gorî lêçûna çîpê yekîneya 6 înç substratê di sala 2022-an de dê ji% 60 kêm bibe. , û kêmbûna lêçûnê dê bazara serîlêdanê bêtir veke, daneyên lêkolînê yên Ji Bond Consulting destnîşan kir. Parçeya bazarê ya heyî ya hilberên 8-inch ji% 2 kêmtir e û tê pêşbînîkirin ku pişka bazarê heya 2026-an bi qasî 15% mezin bibe.
Di rastiyê de, rêjeya kêmbûna bihayê substrata karbîd a silicon dibe ku ji xeyala gelek kesan derbas bibe, pêşkêşiya bazarê ya heyî ya substrata 6-inch 4000-5000 yuan / perçe ye, li gorî destpêka salê pir kêm bûye. tê pêşbînîkirin ku sala bê dakeve binê 4000 yuan, hêjayî gotinê ye ku hin hilberîner ji bo ku bazara yekem bi dest bixin, bihayê firotanê daxistiye xeta lêçûnê ya jêrîn, Modela şerê bihayê vekir, ku bi giranî di substrata karbîd a sîlîkonê de ye. dabînkirin di warê voltaja nizm de bi qasî têr bûye, çêkerên xwemalî û biyanî bi tundî kapasîteya hilberînê berfireh dikin, an jî dihêlin ku ji ya ku dihate xeyal kirin qonaxa zedeyî ya substrata silicon carbide qonaxek zûtir zêde bike.
Dema şandinê: Jan-19-2024