Знаёмства з карбідам крэмнію
Карбід крэмнію (SiC) - гэта складаны паўправадніковы матэрыял, які складаецца з вугляроду і крэмнію, які з'яўляецца адным з ідэальных матэрыялаў для вырабу высокатэмпературных, высокачашчынных, магутных і высокавольтных прылад.У параўнанні з традыцыйным крэмніевым матэрыялам (Si), шырыня забароненай зоны карбіду крэмнію ў 3 разы большая, чым у крэмнію.Цеплаправоднасць у 4-5 разоў вышэй, чым у крэмнію;Напружанне прабоя ў 8-10 разоў больш, чым у крэмнія;Хуткасць электроннага дрэйфу насычэння ў 2-3 разы вышэй, чым у крэмнія, што адпавядае патрэбам сучаснай прамысловасці ў высокай магутнасці, высокім напружанні і высокай частаце.Ён у асноўным выкарыстоўваецца для вытворчасці высакахуткасных, высокачашчынных, магутных і святловыпраменьвальных электронных кампанентаў.Сферы прымянення ніжэй па плыні ўключаюць інтэлектуальную сетку, новыя энергетычныя транспартныя сродкі, фотаэлектрычную ветравую энергію, сувязь 5G і г.д. Камерцыйна прымяняюцца дыёды з карбіду крэмнія і MOSFET.
Ўстойлівасць да высокіх тэмператур.Шырыня забароненай зоны карбіду крэмнію ў 2-3 разы большая, чым у крэмнію, электроны нялёгка пераходзяць пры высокіх тэмпературах і могуць вытрымліваць больш высокія працоўныя тэмпературы, а цеплаправоднасць карбіду крэмнію ў 4-5 разоў большая, чым у крэмнію, палягчаючы рассейванне цяпла прылады і павышаючы лімітавую працоўную тэмпературу.Устойлівасць да высокіх тэмператур можа значна павялічыць шчыльнасць магутнасці, адначасова зніжаючы патрабаванні да сістэмы астуджэння, робячы тэрмінал лягчэйшым і меншым.
Вытрымліваюць высокі ціск.Напружанасць электрычнага поля прабоя карбіду крэмнію ў 10 разоў перавышае напружанасць крэмнію, які можа вытрымліваць больш высокія напружання і больш падыходзіць для высакавольтных прылад.
Супраціў высокай частоты.Карбід крэмнію мае хуткасць дрэйфу насычаных электронаў у два разы большую, чым у крэмнію, што прыводзіць да адсутнасці адставання току падчас працэсу адключэння, што можа эфектыўна палепшыць частату пераключэння прылады і рэалізаваць мініяцюрызацыю прылады.
Нізкія страты энергіі.У параўнанні з крамянёвым матэрыялам, карбід крэмнію мае вельмі нізкае супраціўленне і нізкія страты.У той жа час вялікая шырыня забароненай зоны карбіду крэмнію значна зніжае ток уцечкі і страты магутнасці.Акрамя таго, прылада з карбіду крэмнія не мае з'явы адставання току падчас працэсу адключэння, а страты пры пераключэнні нізкія.
Прамысловы ланцуг карбіду крэмнія
У асноўным гэта ўключае ў сябе падкладку, эпітаксію, дызайн прылады, вытворчасць, герметызацыю і гэтак далей.Карбід крэмнію ад матэрыялу да паўправадніковага сілавога прылады будзе падвяргацца росту монакрышталя, нарэзцы злітка, эпітаксіяльнаму росту, дызайну пласцін, вытворчасці, упакоўкі і іншым працэсам.Пасля сінтэзу парашка карбіду крэмнію спачатку вырабляецца злітак карбіду крэмнію, а затым шляхам нарэзкі, шліфоўкі і паліроўкі атрымліваецца падкладка з карбіду крэмнія, а эпітаксіяльны ліст атрымліваецца шляхам эпітаксіяльнага росту.Эпітаксіяльная пласціна вырабляецца з карбіду крэмнію з дапамогай літаграфіі, тручэння, іённай імплантацыі, пасівацыі металу і іншых працэсаў, пласціна разразаецца на штамп, прылада пакуецца, а прылада аб'ядноўваецца ў спецыяльную абалонку і збіраецца ў модуль.
Вышэй па плыні прамысловага ланцужка 1: падкладка - рост крышталяў з'яўляецца асноўным звяном працэсу
Падкладка з карбіду крэмнію складае каля 47% ад кошту прылад з карбіду крэмнія, самыя высокія вытворчыя тэхнічныя бар'еры, самае вялікае значэнне, з'яўляецца ядром будучай буйнамаштабнай індустрыялізацыі SiC.
З пункту гледжання адрозненняў у электрахімічных уласцівасцях матэрыялы для падкладкі з карбіду крэмнію можна падзяліць на токаправодныя падкладкі (вобласць удзельнага супраціўлення 15~30 мОм·см) і напаўізаляваныя падкладкі (удзельнае супраціўленне вышэй за 105 Ом·см).Гэтыя два віды падкладак выкарыстоўваюцца для вытворчасці дыскрэтных прылад, такіх як сілавыя прылады і радыёчастотныя прылады адпаведна пасля эпітаксійнага росту.Сярод іх напаўізаляваная падкладка з карбіду крэмнію ў асноўным выкарыстоўваецца ў вытворчасці радыёчастотных прылад з нітрыду галію, фотаэлектрычных прылад і гэтак далей.Шляхам вырошчвання эпітаксіяльнага пласта gan на напаўізаляванай падкладцы SIC рыхтуецца эпітаксіяльная пласціна sic, якую можна ў далейшым падрыхтаваць у радыёчастотныя прылады HEMT з ізанітрыду gan.Токаправодная падкладка з карбіду крэмнія ў асноўным выкарыстоўваецца ў вытворчасці сілавых прылад.У адрозненне ад традыцыйнага працэсу вытворчасці прылад з карбіду крэмнію, прылада з карбіду крэмнію не можа быць выраблена непасрэдна на падкладцы з карбіду крэмнію, эпітаксіяльны пласт з карбіду крэмнію трэба вырасціць на токаправоднай падкладцы, каб атрымаць эпітаксіяльны ліст з карбіду крэмнію, і пласт вырабляецца на дыёдзе Шоткі, MOSFET, IGBT і іншых сілавых прыладах.
Парашок карбіду крэмнію быў сінтэзаваны з парашка вугляроду высокай чысціні і парашка крэмнію высокай чысціні, і зліткі карбіду крэмнію розных памераў былі вырашчаны ў спецыяльным тэмпературным полі, а затым падкладка з карбіду крэмнію была выраблена з дапамогай некалькіх працэсаў апрацоўкі.Асноўны працэс уключае:
Сінтэз сыравіны: парашок крэмнію высокай чысціні + тонар змешваюць у адпаведнасці з формулай, і рэакцыя праводзіцца ў рэакцыйнай камеры пры высокай тэмпературы вышэй за 2000 °C для сінтэзу часціц карбіду крэмнію з пэўным тыпам крышталя і часціцай. памер.Затым праз драбненне, прасейванне, ачыстку і іншыя працэсы, каб задаволіць патрабаванні карбіду крэмнію высокай чысціні парашок сыравіны.
Вырошчванне крышталя з'яўляецца асноўным працэсам вытворчасці падкладкі з карбіду крэмнія, які вызначае электрычныя ўласцівасці падкладкі з карбіду крэмнія.У цяперашні час асноўнымі метадамі росту крышталяў з'яўляюцца фізічны перанос пароў (PVT), высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з пароў (HT-CVD) і вадкасная эпітаксія (LPE).Сярод іх, PVT метад з'яўляецца асноўным метадам для камерцыйнага росту падкладкі SiC ў цяперашні час, з самай высокай тэхнічнай сталасцю і найбольш шырока выкарыстоўваецца ў машынабудаванні.
Падрыхтоўка SiC падкладкі складаная, што прыводзіць да яе высокай цаны
Кантраляваць тэмпературнае поле складана: для росту крышталічнага стрыжня Si патрабуецца толькі 1500 ℃, у той час як крышталічны стрыжань SiC трэба вырошчваць пры высокай тэмпературы вышэй за 2000 ℃, і існуе больш за 250 ізамераў SiC, але асноўная монакрышталічная структура 4H-SiC для Вытворчасць сілавых прылад, калі не дакладны кантроль, атрымае іншыя крышталічныя структуры.Акрамя таго, градыент тэмпературы ў тыглі вызначае хуткасць пераносу сублімацыі SiC і размяшчэнне і рэжым росту газападобных атамаў на паверхні крышталя, што ўплывае на хуткасць росту крышталя і якасць крышталя, таму неабходна сфармаваць сістэматычнае тэмпературнае поле тэхналогія кантролю.У параўнанні з матэрыяламі Si розніца ў вытворчасці SiC таксама заключаецца ў высокатэмпературных працэсах, такіх як высокатэмпературная іонная імплантацыя, высокатэмпературнае акісленне, высокатэмпературная актывацыя і працэс цвёрдай маскі, неабходны для гэтых высокатэмпературных працэсаў.
Павольны рост крышталя: хуткасць росту крышталічнага стрыжня Si можа дасягаць 30 ~ 150 мм/гадз, а вытворчасць крышталічнага стрыжня крэмнію памерам 1-3 м займае ўсяго каля 1 дня;Крышталічны стрыжань SiC з метадам PVT у якасці прыкладу, хуткасць росту складае каля 0,2-0,4 мм/гадз, 7 дзён, каб вырасці менш чым на 3-6 см, хуткасць росту складае менш за 1% крамянёвага матэрыялу, вытворчая магутнасць надзвычай высокая абмежаваны.
Высокія параметры прадукту і нізкі выхад: асноўныя параметры падкладкі SiC ўключаюць шчыльнасць мікратрубачак, шчыльнасць дыслакацый, удзельнае супраціўленне, дэфармацыю, шурпатасць паверхні і г. д. Гэта складаная інжынерная сістэма для размяшчэння атамаў у закрытай высокатэмпературнай камеры і поўнага росту крышталя, кантралюючы індэксы параметраў.
Матэрыял мае высокую цвёрдасць, высокую далікатнасць, працяглы час рэзкі і высокі знос: цвёрдасць SiC па Моасу 9,25 саступае толькі алмазу, што прыводзіць да значнага павелічэння складанасці рэзкі, шліфоўкі і паліроўкі, і патрабуецца прыблізна 120 гадзін. выразаць 35-40 частак злітка таўшчынёй 3 см.Акрамя таго, з-за высокай далікатнасці SiC знос пры апрацоўцы пласцін будзе большым, а каэфіцыент выхаду складае ўсяго каля 60%.
Тэндэнцыя развіцця: Павелічэнне памеру + зніжэнне кошту
Лінія для серыйнай вытворчасці 6-цалевых 6-цалевых карданавых карбіда-карбаміду спее, і вядучыя кампаніі выйшлі на рынак 8-цалевых.Унутраныя праекты развіцця ў асноўным 6 цаляў.У цяперашні час, хоць большасць айчынных кампаній па-ранейшаму заснаваныя на 4-цалевых вытворчых лініях, але галіна паступова пашыраецца да 6-цалевых, са сталасцю 6-цалевых тэхналогій падтрымкі абсталявання, айчынная тэхналогія падкладкі SiC таксама паступова паляпшае эканоміку Будуць адлюстраваны маштабы буйнагабарытных вытворчых ліній, а час цяперашняга ўнутранага масавага вытворчасці 6-цалевых дысплеяў скараціўся да 7 гадоў.Большы памер пласціны можа прывесці да павелічэння колькасці адзіночных чыпаў, павысіць каэфіцыент выхаду і паменшыць долю краёвых чыпаў, а кошт даследаванняў і распрацовак і страты выхаду будуць падтрымлівацца на ўзроўні каля 7%, тым самым паляпшаючы пласціну выкарыстанне.
Ёсць яшчэ шмат складанасцяў у канструкцыі прылады
Камерцыялізацыя дыёдаў SiC паступова паляпшаецца, у цяперашні час шэраг айчынных вытворцаў распрацавалі прадукты SiC SBD, прадукты SiC SBD сярэдняга і высокага напружання маюць добрую стабільнасць, у аўтамабілі OBC выкарыстанне SiC SBD+SI IGBT для дасягнення стабільнасці шчыльнасць току.У цяперашні час няма ніякіх бар'ераў у патэнтавым дызайне прадуктаў SiC SBD у Кітаі, і разрыў з замежнымі краінамі невялікі.
SiC MOS па-ранейшаму мае шмат цяжкасцей, усё яшчэ існуе разрыў паміж SiC MOS і замежнымі вытворцамі, а адпаведная вытворчая платформа ўсё яшчэ знаходзіцца ў стадыі распрацоўкі.У цяперашні час ST, Infineon, Rohm і іншыя 600-1700 В SiC MOS дасягнулі серыйнай вытворчасці і падпісалі і пастаўляюцца ў многія вытворчыя галіны, у той час як цяперашні айчынны дызайн SiC MOS у асноўным завершаны, шэраг вытворцаў дызайну працуюць з заводамі на стадыя патоку пласцін, і пазнейшая праверка кліента патрабуе яшчэ некаторы час, так што да шырокамаштабнай камерцыялізацыі яшчэ шмат часу.
У цяперашні час плоская структура з'яўляецца асноўным выбарам, а траншэйны тып будзе шырока выкарыстоўвацца ў галіне высокага ціску ў будучыні.Планарная структура SiC MOS вытворцаў шмат, планарная структура не лёгка вырабляць лакальныя праблемы прабоя ў параўнанні з канаўкай, якія ўплываюць на стабільнасць працы, на рынку ніжэй 1200V мае шырокі дыяпазон прымянення значэння, і планарная структура адносна просты ў канчатковым выніку вытворчасці, каб задаволіць тэхналагічнасць і кантроль выдаткаў два аспекты.Прылада з пазамі мае такія перавагі, як надзвычай нізкая паразітная індуктыўнасць, высокая хуткасць пераключэння, нізкія страты і адносна высокая прадукцыйнасць.
2--Навіны аб пласцінах SiC
Рост вытворчасці і продажаў на рынку карбіду крэмнія, звярніце ўвагу на структурны дысбаланс паміж попытам і прапановай
З хуткім ростам попыту на рынку высокачашчыннай і магутнай сілавой электронікі, фізічнае абмежаванне паўправадніковых прыбораў на аснове крэмнія паступова становіцца прыкметным, і паўправадніковыя матэрыялы трэцяга пакалення, прадстаўленыя карбідам крэмнію (SiC), паступова становяцца прыкметнымі стаць індустрыялізаваным.З пункту гледжання прадукцыйнасці матэрыялу, карбід крэмнію мае шырыню забароненай зоны ў 3 разы большую, чым у крэмнію, у 10 разоў большую напружанасць электрычнага поля крытычнага прабоя, у 3 разы большую цеплаправоднасць, таму сілавыя прылады з карбіду крэмнію падыходзяць для высокай частаты, высокага ціску, высокая тэмпература і іншыя прыкладання, дапамагаюць павысіць эфектыўнасць і шчыльнасць магутнасці сілавых электронных сістэм.
У цяперашні час SiC-дыёды і SiC-MOSFET паступова перамяшчаюцца на рынак, і ёсць больш сталыя прадукты, сярод якіх SiC-дыёды шырока выкарыстоўваюцца замест крэмніевых дыёдаў у некаторых галінах, таму што яны не маюць перавагі зваротнага аднаўлення зарада;SiC MOSFET таксама паступова выкарыстоўваецца ў аўтамабільнай прамысловасці, назапашвальніках энергіі, зараднай кулі, фотаэлектрыцы і іншых галінах;У галіне аўтамабільнага прымянення тэндэнцыя модульызацыі становіцца ўсё больш прыкметнай, для дасягнення найвышэйшай прадукцыйнасці SiC неабходна абапірацца на перадавыя працэсы ўпакоўкі, тэхнічна з адносна спелай герметызацыяй абалонкі ў якасці асноўнага напрамку, будучыні або распрацоўкі пластыкавай герметызацыі. , яго індывідуальныя характарыстыкі распрацоўкі больш падыходзяць для модуляў SiC.
Хуткасць зніжэння коштаў на карбід крэмнію перавышае ўяўленне
Прымяненне прылад з карбіду крэмнію ў асноўным абмежавана высокім коштам, цана на SiC MOSFET пры тым жа ўзроўні ў 4 разы вышэй, чым на IGBT на аснове Si, таму што працэс карбіду крэмнію складаны, у якім рост монакрысталічны і эпітаксіяльны не толькі шкодны для навакольнага асяроддзя, але і хуткасць росту павольная, а апрацоўка монакрышталя ў падкладку павінна праходзіць працэс рэзкі і паліроўкі.Зыходзячы з уласных характарыстык матэрыялу і няспелай тэхналогіі апрацоўкі, выхад айчыннай падкладкі складае менш за 50%, і розныя фактары прыводзяць да высокай цаны падкладкі і эпітаксіі.
Аднак склад кошту прылад з карбіду крэмнія і прылад на аснове крэмнію дыяметральна процілеглы: падкладка і эпітаксійныя выдаткі пярэдняга канала складаюць 47% і 23% ад усёй прылады адпаведна, што складае каля 70%, дызайн прылады, вытворчасць і ўшчыльняльныя звёны задняга канала складаюць толькі 30%, кошт вытворчасці прылад на аснове крэмнію ў асноўным сканцэнтравана ў вытворчасці пласцін задняга канала каля 50%, а кошт падкладкі складае толькі 7%.Феномен значэння карбіду крэмнію прамысловасці ланцуга ўверх дном азначае, што ўверх па плыні вытворцы падкладкі эпітаксіі маюць асноўнае права гаварыць, што з'яўляецца ключом да размяшчэння айчынных і замежных прадпрыемстваў.
З дынамічнага пункту гледжання на рынку, зніжэнне кошту карбіду крэмнію, у дадатак да паляпшэння доўгага крышталя карбіду крэмнію і працэсу нарэзкі, заключаецца ў пашырэнні памеру пласціны, што таксама з'яўляецца сталым шляхам развіцця паўправаднікоў у мінулым, Дадзеныя Wolfspeed паказваюць, што абнаўленне падкладкі з карбіду крэмнію з 6 цаляў да 8 цаляў, кваліфікаваная вытворчасць чыпаў можа павялічыцца на 80%-90% і дапамагчы палепшыць ураджайнасць.Можа знізіць агульны кошт адзінкі на 50%.
2023 год вядомы як "першы год 8-цалевага SiC", у гэтым годзе айчынныя і замежныя вытворцы карбіду крэмнію паскараюць макет 8-цалёвага карбіду крэмнію, напрыклад, шалёныя інвестыцыі Wolfspeed у памеры 14,55 мільярда долараў ЗША для пашырэння вытворчасці карбіду крэмнію, важнай часткай якога з'яўляецца будаўніцтва завода па вытворчасці 8-цалевых падкладак SiC, каб забяспечыць будучыя пастаўкі голага металу 200 мм SiC шэрагу кампаній;Айчынныя Tianyue Advanced і Tianke Heda таксама падпісалі доўгатэрміновыя пагадненні з Infineon на пастаўку 8-цалевых падкладак з карбіду крэмнія ў будучыні.
Пачынаючы з гэтага года карбід крэмнію павялічыцца з 6 цаляў да 8 цаляў. Wolfspeed чакае, што да 2024 года кошт адзінкі чыпа 8-цалевай падкладкі ў параўнанні з коштам адзінкі чыпа 6-цалевай падкладкі ў 2022 годзе знізіцца больш чым на 60% , і зніжэнне кошту яшчэ больш адкрые рынак прыкладанняў, адзначаюць дадзеныя даследавання Ji Bond Consulting.Цяперашняя доля рынку 8-цалевых прадуктаў складае менш за 2%, і чакаецца, што да 2026 года доля рынку вырасце прыкладна да 15%.
Фактычна, хуткасць падзення цаны на падкладку з карбіду крэмнію можа перасягнуць уяўленне многіх людзей, бягучая рынкавая прапанова 6-цалевай падкладкі складае 4000-5000 юаняў за штуку, у параўнанні з пачаткам года значна ўпала, гэта Чакаецца, што ў наступным годзе ўпадзе ніжэй за 4000 юаняў, варта адзначыць, што некаторыя вытворцы, каб атрымаць першы рынак, знізілі адпускную цану да лініі сабекошту ніжэй, Адкрытая мадэль цэнавай вайны, у асноўным сканцэнтраваная на падкладцы з карбіду крэмнію пастаўкі былі адносна дастатковымі ў вобласці нізкага напружання, айчынныя і замежныя вытворцы агрэсіўна пашыраюць вытворчыя магутнасці, або хай карбід крэмнію падкладкі празмернай стадыі раней, чым меркавалася.
Час публікацыі: 19 студзеня 2024 г