Silikon karbid bilen tanyşlyk
Silikon karbid (SiC) ugleroddan we kremniden ybarat birleşýän ýarymgeçiriji material bolup, ýokary temperatura, ýokary ýygylyk, ýokary güýç we ýokary woltly enjamlar öndürmek üçin iň amatly materiallardan biridir. Adaty kremniy material (Si) bilen deňeşdirilende, kremniniň karbidiniň zolak aralygy kremniniňkiden 3 esse köpdür. Malylylyk geçirijiligi kremniniňkiden 4-5 esse köp; Bölüniş naprýa; eniýesi kremniniň 8-10 essesidir; Elektron doýma akymynyň tizligi, häzirki zaman senagatynyň ýokary güýç, ýokary woltly we ýokary ýygylyk üçin zerurlyklaryny kanagatlandyrýan kremniniňkiden 2-3 esse ýokarydyr. Esasan ýokary tizlikli, ýokary ýygylykly, ýokary güýçli we ýagtylyk çykaryjy elektron böleklerini öndürmek üçin ulanylýar. Aşakdaky amaly meýdanlara akylly set, täze energiýa ulaglary, fotoelektrik ýel güýji, 5G aragatnaşyk we ş.m. girýär. Silikon karbid diodlary we MOSFET-ler täjirçilik taýdan ulanyldy.
Temperatureokary temperatura garşylyk. Silikon karbidiň zolak boşlugynyň giňligi kremniniňkiden 2-3 esse, ýokary temperaturalarda elektronlara geçmek aňsat däl we has ýokary iş temperaturasyna çydap bilýär, kremniý karbidiniň ýylylyk geçirijiligi kremniniňkiden 4-5 esse köp, enjamyň ýylylyk ýaýramagyny aňsatlaşdyrýar we iş temperaturasynyň çäkliligini ýokarlandyrýar. Temperatureokary temperatura garşylygy, sowadyş ulgamyna bolan talaplary azaldyp, terminaly has ýeňil we kiçi edip, güýç dykyzlygyny ep-esli ýokarlandyryp biler.
Highokary basyşa garşy duruň. Silikon karbidiň döwülýän elektrik meýdany, ýokary wolta çydap bilýän we ýokary woltly enjamlar üçin has amatly kremniniňkiden 10 esse köpdür.
Frequokary ýygylyga garşylyk. Silikon karbid, kremniniňkiden iki esse doýgun elektron süýşme tizligine eýe, bu bolsa ýapmagyň dowamynda häzirki guýrugyň ýoklugyna sebäp bolup, enjamyň kommutasiýa ýygylygyny gowulaşdyryp we enjamyň miniatýurizasiýasyny amala aşyryp biler.
Pes energiýa ýitgisi. Silikon materialy bilen deňeşdirilende, kremniý karbidiň garşylygy gaty pes we ýitgisi pes. Şol bir wagtyň özünde, kremniý karbidiň ýokary zolakly boşlugy syzmak toguny we güýç ýitgisini ep-esli azaldar. Mundan başga-da, kremniý karbid enjamynyň ýapylmak döwründe häzirki yzarlaýyş hadysasy ýok we kommutasiýa ýitgisi az.
Silikon karbid senagaty zynjyry
Esasan substrat, epitaksiýa, enjam dizaýny, önümçilik, möhürlemek we ş.m. Materialdan ýarymgeçiriji kuwwat enjamyna çenli kremniy karbid ýekeje kristal ösüşi, ingot dilimlemek, epitaksial ösüş, wafli dizaýny, önümçilik, gaplamak we beýleki amallary başdan geçirer. Silikon karbid tozy sintez edilenden soň, ilki bilen kremniy karbid ingoty ýasalýar, soň bolsa kremniniň karbid substraty dilimlemek, üwemek we ýalpyldawuk görnüşde alynýar we epitaksial sahypa epitaksial ösüş bilen alynýar. Epitaksial wafli daşbasma, efirlemek, ion implantasiýasy, metal passiwasiýa we beýleki amallar arkaly kremniy karbidden ýasalýar, wafli kesilýär, enjam gaplanýar we enjam ýörite gabyga birleşdirilýär we modula ýygnalýar.
Senagat zynjyrynyň ýokarky akymy 1: substrat - hrustal ösüş esasy proses baglanyşygydyr
Silikon karbid substraty, kremniý karbid enjamlarynyň bahasynyň takmynan 47% -ini emele getirýär, iň ýokary önümçilik tehniki päsgelçilikleri, iň uly gymmaty SiC-iň geljekde iri senagatlaşmagynyň özenidir.
Elektrokimiki eýeçiligiň tapawudy nukdaýnazaryndan kremniý karbid substrat materiallary geçiriji substratlara (garşylyk sebiti 15 ~ 30mΩ · sm) we ýarym izolirlenen substratlara (garşylyk 105Ω · sm-den ýokary) bölünip bilner. Bu iki görnüşli substrat, epitaksial ösüşden soň degişlilikde güýç enjamlary we radio ýygylyk enjamlary ýaly aýratyn enjamlary öndürmek üçin ulanylýar. Olaryň arasynda ýarym izolýasiýa edilen kremniy karbid substraty esasan galiý nitrit RF enjamlaryny, fotoelektrik enjamlaryny we ş.m. öndürmekde ulanylýar. Semiarym izolýasiýa edilen SIC substratda gan epitaksial gatlagyny ösdürip, epitaksial plastinka taýýarlanýar, ony HEMT gan izo-nitrid RF enjamlaryna hasam taýýarlap bolýar. Geçiriji kremniy karbid substraty esasan elektrik enjamlaryny öndürmekde ulanylýar. Adaty kremniy energiýa enjamyny öndürmek prosesinden tapawutlylykda, kremniý karbid energiýa enjamy kremniniň karbid substratynda gönüden-göni öndürilip bilinmez, kremniniň karbid epitaksial sahypasyny we epitaksial kremniý karbid epitaksial gatlagyny geçiriji substratda ösdürmeli. gatlak Schottky diodynda, MOSFET, IGBT we beýleki güýç enjamlarynda öndürilýär.
Silikon karbid tozy ýokary arassa uglerod tozanyndan we ýokary arassalyk kremniy tozanyndan sintez edildi we dürli temperatura kremniý karbid ingoty ýörite temperatura meýdanynda ösdürilip ýetişdirildi, soňra köp gaýtadan işlemek arkaly kremniy karbid substraty öndürildi. Esasy proses şulary öz içine alýar:
Çig material sintezi: purokary arassa kremniý tozy + toner formula laýyklykda garylýar we reaksiýa kremniý karbid bölejiklerini belli bir kristal görnüşi we bölejikleri bilen sintez etmek üçin 2000 ° C-den ýokary temperatura şertinde reaksiýa kamerasynda amala aşyrylýar. ululygy. Soňra ýokary arassa kremniy karbid tozy çig malynyň talaplaryny kanagatlandyrmak üçin ezmek, barlamak, arassalamak we beýleki amallar arkaly.
Kristal ösüş, kremniy karbid substratynyň elektrik aýratynlyklaryny kesgitleýän kremniy karbid substrat önümçiliginiň esasy prosesi. Häzirki wagtda kristalyň ösmeginiň esasy usullary fiziki buglary geçirmek (PVT), ýokary temperaturaly himiki bug çökdürmesi (HT-CVD) we suwuk faza epitaksiýasy (LPE). Olaryň arasynda PVT usuly häzirki wagtda iň ýokary tehniki kämillik we in engineeringenerçilikde iň giňden ulanylýan SiC substratynyň täjirçilik taýdan ösmeginiň esasy usulydyr.
SiC substratyny taýýarlamak kyn, onuň ýokary bahasyna sebäp bolýar
Temperatura meýdanyna gözegçilik etmek kyn: Si kristal çybygyň ösmegi diňe 1500 needs, SiC kristal çybygyny bolsa 2000 above-dan ýokary temperaturada ösdürmeli we 250-den gowrak SiC izomerleri bar, ýöne esasy 4H-SiC ýeke kristal gurluşy kuwwat enjamlarynyň önümçiligi, takyk gözegçilik bolmasa, beýleki kristal gurluşlara eýe bolar. Mundan başga-da, iň möhümdäki temperatura gradienti, SiC sublimasiýa geçiriş tizligini we kristal interfeýsindäki gaz atomlarynyň ýerleşişini we ösüş tertibini kesgitleýär, bu kristalyň ösüş depginine we kristal hiline täsir edýär, şonuň üçin yzygiderli temperatura meýdanyny döretmeli; dolandyryş tehnologiýasy. Si materiallary bilen deňeşdirilende, SiC önümçiliginiň tapawudy ýokary temperatura ion implantasiýasy, ýokary temperatura okislenmesi, ýokary temperatura işjeňleşmesi we bu ýokary temperatura prosesleri tarapyndan talap edilýän gaty maska prosesi ýaly ýokary temperatura proseslerinde bolýar.
Kristal ösüşiň haýal ösmegi: Si kristal çybygynyň ösüş tizligi sagatda 30 ~ 150mm ýetip biler we 1-3m kremniý kristal hasanyň öndürilmegi bary-ýogy 1 gün dowam edýär; Mysal üçin PVT usuly bilen SiC kristal hasasy, ösüş depgini takmynan 0,2-0,4 mm / sag, 3-6 sm-den az ösmek üçin 7 gün, ösüş depgini kremniniň materialynyň 1% -inden az, önümçilik kuwwaty gaty ýokary çäklendirilen.
Productokary önümiň parametrleri we pes hasyllylygy: SiC substratynyň esasy parametrlerine mikrotubula dykyzlygy, ýerleşiş dykyzlygy, garşylyk, söweş sahypasy, ýerüsti çişlik we ş.m. girýär, ýapyk ýokary temperaturaly kamerada atomlary tertiplemek we doly kristal ösüşi, parametr görkezijilerine gözegçilik edýärkä.
Material gaty gatylygy, ýokary gödekligi, uzyn kesiş wagty we ýokary köýnegi bar: SiC Mohs-iň 9,25 gatylygy göwherden soň ikinji ýerde durýar, bu kesmek, üwemek we ýuwmak kynlygynyň ep-esli ýokarlanmagyna sebäp bolýar we takmynan 120 sagat gerek 3 sm galyňlykdaky ingotdan 35-40 bölek kesiň. Mundan başga-da, SiC-iň ýokary ýiti bolmagy sebäpli, wafli gaýtadan işleýän eşikler has köp bolar we önümçiligiň gatnaşygy bary-ýogy 60% bolar.
Ösüş tendensiýasy: Ölçegiň ýokarlanmagy + bahanyň arzanlamagy
Global SiC bazary 6 dýuým göwrümli önümçilik liniýasy ýetişýär we öňdebaryjy kompaniýalar 8 dýuým bazara girdi. Developmenterli ösüş taslamalary esasan 6 dýuým. Häzirki wagtda içerki kompaniýalaryň köpüsiniň henizem 4 dýuým önümçilik liniýalaryna esaslanýandygyna garamazdan, 6 dýuým goldaýan enjam tehnologiýasynyň kämilligi bilen bu pudak kem-kemden 6 dýuýma çenli giňelýär, içerki SiC substrat tehnologiýasy hem ykdysadyýetini kem-kemden ösdürýär. Uly göwrümli önümçilik liniýalary görkeziler we häzirki içerki 6 dýuým köpçülikleýin önümçilik wagty boşlugy 7 ýyla çenli azaldy. Has uly wafli ululygy ýeke çipleriň sanyny köpeldip biler, hasyl derejesini ýokarlandyryp we gyradaky çipleriň paýyny azaldyp biler, gözleg we ösüş çykdajylary we hasyl ýitgileri takmynan 7% saklanar we şeýlelik bilen wafli gowulaşar. ulanmak.
Enjam dizaýnynda henizem köp kynçylyklar bar
SiC diodynyň täjirleşdirilmegi kem-kemden gowulaşýar, häzirki wagtda birnçe içerki öndürijiler SiC SBD önümlerini dizaýn etdiler, orta we ýokary woltly SiC SBD önümleriniň oňat durnuklylygy bar, OBC ulagynda, durnuklylygy gazanmak üçin SiC SBD + SI IGBT ulanylýar häzirki dykyzlygy. Häzirki wagtda Hytaýda SiC SBD önümleriniň patent dizaýnynda hiç hili päsgelçilik ýok we daşary ýurtlar bilen boşluk az.
SiC MOS henizem köp kynçylyklary başdan geçirýär, SiC MOS bilen daşary ýurt öndürijileriniň arasynda henizem boşluk bar we degişli önümçilik platformasy henizem gurulýar. Häzirki wagtda ST, Infineon, Rohm we beýleki 600-1700V SiC MOS köpçülikleýin önümçilige ýetdi we köp önümçilik pudaklary bilen gol çekdi we iberildi, häzirki içerki SiC MOS dizaýny esasan tamamlandy, birnäçe dizaýn öndürijileri fabs bilen işleýär wafli akym tapgyry, soň bolsa müşderini barlamak üçin entek birneme wagt gerek, şonuň üçin uly göwrümli täjirleşdirmekden entek köp wagt bar.
Häzirki wagtda meýilnama gurluşy esasy akymdyr we çukur görnüşi geljekde ýokary basyşly meýdançada giňden ulanylýar. Meýilnama gurluşy SiC MOS öndürijileri köp, meýilnama gurluşy, çukur bilen deňeşdirilende ýerli bölünişik meselesini öndürmek aňsat däl, işiň durnuklylygyna täsir edýär, 1200V-den pes bazarda amaly gymmaty giň we meýilnama gurluşy birneme Önümçiligiň we çykdajylara gözegçilik etmegiň iki tarapyny kanagatlandyrmak üçin önümçilik ahyrynda ýönekeý. Çukur enjamy gaty pes parazit induksiýasynyň, çalt kommutasiýa tizliginiň, pes ýitginiň we deňeşdirilende ýokary öndürijiligiň artykmaçlyklaryna eýedir.
2 - SiC wafer habarlary
Silikon karbid bazarynyň önümçiligi we satuwyň ösüşi, üpjünçilik bilen islegiň arasyndaky gurluş deňsizligine üns beriň
Frequokary ýygylykly we ýokary kuwwatly elektronikalara bazaryň isleginiň çalt ösmegi bilen, kremniý esasly ýarymgeçiriji enjamlaryň fiziki çäkliligi kem-kemden görnüp başlady we kremniniň karbidi (SiC) bilen görkezilen üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallar kem-kemden kemeldi. senagatlaşýar. Maddy öndürijilik nukdaýnazaryndan kremniy karbid kremniý materialyň zolak boşlugynyň 3 essesinden, kritiki bölüniş elektrik meýdanynyň 10 essesinden, ýylylyk geçirijiliginiň 3 essesinden ybaratdyr, şonuň üçin kremniý karbid elektrik enjamlary ýokary ýygylyk, ýokary basyş üçin, ýokary temperatura we beýleki goşundylar, elektrik elektron ulgamlarynyň netijeliligini we güýç dykyzlygyny ýokarlandyrmaga kömek edýär.
Häzirki wagtda SiC diodlary we SiC MOSFET-leri kem-kemden bazara geçdi we has ösen önümler bar, olaryň arasynda ters dikeldiş zarýadynyň artykmaçlygy sebäpli käbir ugurlarda kremniý esasly diodlaryň ýerine SiC diodlary giňden ulanylýar; SiC MOSFET awtoulagda, energiýa saklanyşynda, zarýad beriş üýşmeleňinde, fotoelektrik we beýleki ugurlarda hem kem-kemden ulanylýar; Awtoulag goşundylary ulgamynda modulizasiýa tendensiýasy barha artýar, SiC-iň ýokary öndürijiligi, esasy akym, gelejek ýa-da plastmassa möhürleme ösüşi bilen deňeşdirilende kämillik ýaşyna ýeten gabyk möhürlenmegi bilen tehniki taýdan kämilleşmek üçin ösen gaplama amallaryna bil baglamalydyr. , özleşdirilen ösüş aýratynlyklary SiC modullary üçin has amatlydyr.
Silikon karbidiň bahasy peselýär ýa-da göz öňüne getirip bolmaýar
Silikon karbid enjamlarynyň ulanylmagy, esasan, ýokary çykdajylar bilen çäklendirilýär, şol bir derejedäki SiC MOSFET-iň bahasy Si esasly IGBT-den 4 esse ýokary, sebäbi kremniý karbid prosesi çylşyrymly, ösýänligi sebäpli ýekeje kristal we epitaksial daşky gurşawa zyýanly bolman, eýsem ösüş depgini hem haýal, substrata ýekeje kristal gaýtadan işlemek kesmek we ýalpyldawuk amallardan geçmeli. Öz maddy aýratynlyklaryna we ýetişmedik gaýtadan işleýiş tehnologiýasyna esaslanyp, içerki substratyň hasyllylygy 50% -den az we dürli faktorlar substratyň we epitaksial bahalaryň ýokary bolmagyna sebäp bolýar.
Şeýle-de bolsa, kremniý karbid enjamlarynyň we kremniý esasly enjamlaryň bahasy düzümi düýpgöter tersdir, öňdäki kanalyň substrat we epitaksial çykdajylary degişlilikde enjamyň dizaýnynyň, önümçiliginiň takmynan 70% -iniň 47% we 23% -ini tutýar. we arka kanalyň möhürleme baglanyşyklary bary-ýogy 30%, kremniý esasly enjamlaryň önümçilik bahasy esasan arka kanalyň wafli önümçiliginde jemlenýär we substratyň bahasy bary-ýogy 7%. Silikon karbid senagatynyň zynjyrynyň tersine bolmagy, ýokarky substrat epitaks öndürijileriniň içerki we daşary ýurt kärhanalarynyň ýerleşişiniň açary bolan esasy gürlemek hukugynyň bardygyny aňladýar.
Bazardaky dinamiki nukdaýnazardan seredeniňde, kremniy karbidiň bahasyny arzanlatmak, kremniý karbidiniň uzyn kristal we dilimlemek prosesini gowulandyrmakdan başga-da, geçmişde ýarymgeçirijiniň ösüşiniň kämillik ýoly bolan wafli ululygyny giňeltmekdir, “Wolfspeed” maglumatlary kremniniň karbid substratynyň 6 dýuýmdan 8 dýuýma çenli ýokarlandyrylandygyny, ökde çip önümçiliginiň 80% -90% ýokarlanyp, hasyllylygyň ýokarlanmagyna kömek edip biljekdigini görkezýär. Kombinirlenen birligiň bahasyny 50% arzanladyp biler.
2023 "8 dýuým SiC ilkinji ýyl" diýlip atlandyrylýar, şu ýyl içerki we daşary ýurt kremniý karbid öndürijileri, kremniý karbid önümçiligini giňeltmek üçin 14,55 milliard ABŞ dollary möjek maýa goýumlary ýaly Wolfspeed ýaly 8 dýuým kremniy karbidiň ýerleşişini çaltlaşdyrýarlar, möhüm bölegi 8 dýuýmlyk SiC substrat önümçilik zawodynyň gurluşygy, birnäçe kompaniýalara geljekde 200 mm SiC ýalaňaç metal bilen üpjün edilmegini üpjün etmek; Içerki Tianyue Advanced we Tianke Heda, geljekde 8 dýuým kremniy karbid substratlaryny üpjün etmek üçin Infineon bilen uzak möhletleýin şertnamalara gol çekdi.
Şu ýyldan başlap, kremniy karbid 6 dýuýmdan 8 dýuýma çenli tizlener, Wolfspeed 2024-nji ýyla çenli 2022-nji ýylda 6 dýuým substratyň birlik çipiniň bahasy bilen deňeşdirilende 8 dýuým substratyň bahasynyň 60% -den gowrak azalmagyna garaşýar. we çykdajylaryň peselmegi amaly bazary hasam açar diýip, Ji Bond Consulting gözleg maglumatlaryna ünsi çekdi. 8 dýuým önümiň häzirki bazar paýy 2% -den az, 2026-njy ýyla çenli bazar paýynyň 15% töweregi ösmegine garaşylýar.
Aslynda, kremniý karbid substratynyň bahasynyň peselmegi köp adamyň hyýalyndan ýokary bolup biler, 6 dýuým substratyň häzirki bazar teklibi ýylyň başy bilen deňeşdirilende 4000-5000 ýuana / bölek köp düşdi. indiki ýyl 4000 ýuandan aşak düşmegine garaşylýar, ilkinji bazary almak üçin käbir öndürijileriň satuw bahasyny aşakdaky çykdajy setirine çenli arzanlatandygyny, esasan kremniniň karbid substratynda jemlenen baha söweşiniň modelini açandygyny bellemelidiris. üpjünçiligi bar pes woltly meýdanda birneme ýeterlik boldy, içerki we daşary ýurt öndürijileri önümçilik kuwwatyny agressiw giňeldýärler ýa-da kremniy karbid substratyny çak edişinden has ir goýýarlar.
Iş wagty: -20anwar-19-2024