Silizio-karburoaren sarrera
Silizio karburoa (SiC) karbonoz eta silizioz osatutako material erdieroale konposatu bat da, tenperatura altuko, maiztasun handiko, potentzia handiko eta tentsio handiko gailuak egiteko material aproposa dena.Siliziozko material tradizionalarekin (Si) alderatuta, silizio karburoaren banda hutsunea silizioarena baino 3 aldiz handiagoa da.Eroankortasun termikoa silizioarena baino 4-5 aldiz handiagoa da;Matxura-tentsioa silizioarena baino 8-10 aldiz handiagoa da;Saturazio elektronikoaren desbideratze tasa silizioarena baino 2-3 aldiz handiagoa da, eta industria modernoaren beharrak asetzen ditu potentzia handiko, tentsio handiko eta maiztasun handiko.Batez ere abiadura handiko, maiztasun handiko, potentzia handiko eta argi-igorleko osagai elektronikoak ekoizteko erabiltzen da.Beheko aplikazio-eremuen artean, sare adimenduna, energia-ibilgailu berriak, energia eoliko fotovoltaikoa, 5G komunikazioa, etab. Silizio karburoko diodoak eta MOSFETak aplikatu dira komertzialki.
Tenperatura handiko erresistentzia.Silizio karburoaren bandaren zabalera silizioarena baino 2-3 aldiz handiagoa da, elektroiak ez dira errazak tenperatura altuetan trantsitzen, eta funtzionamendu-tenperatura handiagoak jasan ditzakete, eta silizio karburoaren eroankortasun termikoa silizioarena baino 4-5 aldiz handiagoa da, gailuaren beroa xahutzea erraztuz eta funtzionamendu-tenperatura muga handiagoa eginez.Tenperatura handiko erresistentziak potentzia-dentsitatea nabarmen handitu dezake hozte-sistemaren eskakizunak murrizten dituen bitartean, terminala arinagoa eta txikiagoa bihurtuz.
Presio handia jasan.Silizio karburoaren matxura eremu elektrikoaren indarra silizioarena baino 10 aldiz handiagoa da, tentsio handiagoak jasan ditzake eta tentsio handiko gailuetarako egokia da.
Maiztasun handiko erresistentzia.Silizio karburoak silizioaren bikoitza den elektroien desbideratze tasa du, eta ondorioz, itzaltze prozesuan korronte isatsik ez dago, eta horrek gailuaren aldatze-maiztasuna eraginkortasunez hobe dezake eta gailuaren miniaturizazioaz jabetu.
Energia-galera txikia.Siliziozko materialarekin alderatuta, silizio karburoak erresistentzia oso txikia du eta galera txikia du.Aldi berean, silizio karburoaren banda-hutsune handiko zabalerak ihes-korrontea eta potentzia-galera asko murrizten ditu.Gainera, silizio-karburoko gailuak ez du itzaltze-prozesuan uneko arrasto-fenomenorik, eta aldatze-galera txikia da.
Silizio karburoaren industria-katea
Batez ere substratua, epitaxia, gailuen diseinua, fabrikazioa, zigilatzea eta abar biltzen ditu.Materialetik erdieroaleen potentziarako gailura silizio karburoak kristal bakarreko hazkundea, lingotearen zatiketa, hazkunde epitaxiala, obleen diseinua, fabrikazioa, ontziratzea eta beste prozesu batzuk izango ditu.Silizio-karburoaren hautsaren sintesia egin ondoren, silizio-karburoaren lingotea egiten da lehenik, eta, ondoren, silizio-karburoaren substratua xerratuz, arteztuz eta leuntuz lortzen da, eta epitaxia-xafla hazkunde epitaxialaren bidez lortzen da.Epitaxia oblea siliziozko karburoz egina dago litografia, akuaforte, ioien inplantazioa, metalen pasibazioa eta beste prozesu batzuen bidez, oblea trokeletan mozten da, gailua paketatuta dago eta gailua oskol berezi batean konbinatzen da eta modulu batean muntatzen da.
1. industria-katearen urrian gora: substratua - kristalaren hazkundea da prozesu-lotura nagusia
Silizio karburoaren substratuak silizio karburoko gailuen kostuaren% 47 inguru hartzen du, fabrikazio-oztopo teknikorik handienak, balio handiena, SiC-ren eskala handiko industrializazioaren muina da.
Propietate elektrokimikoen desberdintasunen ikuspuntutik, silizio karburoko substratuaren materialak substratu eroaleetan (erresistentzia-eskualdea 15 ~ 30 mΩ·cm) eta erdi-isolatutako substratuetan (105Ω·cm baino handiagoa den erresistentzia) bana daitezke.Bi substratu mota hauek gailu diskretuak fabrikatzeko erabiltzen dira, hala nola potentzia-gailuak eta irrati-maiztasun-gailuak, hurrenez hurren, hazkunde epitaxialaren ondoren.Horien artean, erdi isolatutako silizio-karburoaren substratua galio nitruroa RF gailuak, gailu fotoelektrikoak eta abar fabrikatzeko erabiltzen da batez ere.Gan epitaxial geruza haziz erdi isolatutako SIC substratuan, sic epitaxial plaka prestatzen da, eta gehiago prestatu daiteke HEMT gan iso-nitrude RF gailuetan.Silizio karburozko substratu eroalea potentzia-gailuen fabrikazioan erabiltzen da batez ere.Siliziozko potentzia-gailuen fabrikazio-prozesu tradizionaletik ezberdina den, silizio-karburoko potentzia-gailua ezin da zuzenean egin silizio-karburoko substratuan, silizio-karburoko epitaxia-geruza substratu eroalean hazi behar da silizio-karburoko xafla epitaxiala lortzeko, eta epitaxiala. geruza Schottky diodo, MOSFET, IGBT eta beste botere gailu batzuetan fabrikatzen da.
Silizio-karburoaren hautsa purutasun handiko karbono-hautsetik eta purutasun handiko silizio-hautsetik sintetizatzen zen, eta silizio-karburoko lingoteen tamaina desberdinak tenperatura berezien eremuan hazi ziren, eta, ondoren, silizio-karburoaren substratua prozesatzeko prozesu anitzen bidez ekoiztu zen.Oinarrizko prozesuak barne hartzen ditu:
Lehengaien sintesia: purutasun handiko silizio-hautsa + tonerra nahasten da formularen arabera, eta erreakzioa erreakzio-ganberan egiten da 2000 °C-tik gorako tenperatura altuko baldintzapean silizio karburoko partikulak kristal mota eta partikula zehatzekin sintetizatzeko. tamaina.Ondoren, birrinketa, baheketa, garbiketa eta beste prozesu batzuen bidez, purutasun handiko silizio karburo hautsaren lehengaien eskakizunak betetzeko.
Kristal-hazkundea silizio karburoaren substratuaren fabrikazioaren oinarrizko prozesua da, silizio karburoaren substratuaren propietate elektrikoak zehazten dituena.Gaur egun, kristalak hazteko metodo nagusiak lurrun-transferentzia fisikoa (PVT), tenperatura altuko lurrun-deposizio kimikoa (HT-CVD) eta fase likidoaren epitaxia (LPE) dira.Horien artean, PVT metodoa SiC substratuaren hazkuntza komertzialaren metodo nagusia da gaur egun, heldutasun tekniko handiena duena eta ingeniaritzan gehien erabiltzen dena.
SiC substratua prestatzea zaila da, bere prezio altua dakar
Tenperatura-eremuaren kontrola zaila da: Si kristalezko hagaxkaren hazkuntzak 1500 ℃ baino ez ditu behar, SiC kristalezko hagaxkak, berriz, 2000 ºC-tik gorako tenperatura altuan hazi behar dira, eta 250 SiC isomero baino gehiago daude, baina 4H-SiC kristal bakarreko egitura nagusia. potentzia-gailuen ekoizpenak, kontrol zehatza ez bada, beste kristal-egitura batzuk lortuko ditu.Gainera, arragoaren tenperatura-gradienteak SiC sublimazio-transferentzia-tasa eta kristalen interfazean gas-atomoen antolamendu eta hazkuntza-modua zehazten ditu, eta horrek kristalen hazkuntza-tasa eta kristalaren kalitatea eragiten du, beraz, beharrezkoa da tenperatura-eremu sistematiko bat osatzea. kontrolatzeko teknologia.Si materialekin alderatuta, SiC ekoizpenaren aldea tenperatura altuko prozesuetan ere badago, hala nola, tenperatura altuko ioien inplantazioan, tenperatura altuko oxidazioan, tenperatura altuko aktibazioan eta tenperatura altuko prozesu hauek eskatzen duten maskara gogorraren prozesuetan.
Kristalaren hazkuntza motela: Si kristalezko hagaxkaren hazkunde-tasa 30 ~ 150mm/h-ra irits daiteke, eta 1-3m siliziozko kristalezko hagaxka ekoiztea egun 1 inguru behar da;SiC kristalezko hagaxka PVT metodoarekin adibide gisa, hazkunde-tasa 0,2-0,4 mm/h ingurukoa da, 7 egun 3-6 cm baino gutxiago hazteko, hazkunde-tasa silizio materialaren% 1 baino txikiagoa da, ekoizpen-ahalmena oso handia da. mugatua.
Produktu parametro altuak eta etekin baxua: SiC substratuaren oinarrizko parametroak mikrotubuluen dentsitatea, dislokazio dentsitatea, erresistentzia, deformazioa, gainazaleko zimurtasuna, etab. Sistema konplexua da atomoak tenperatura altuko ganbera itxi batean antolatzeko eta kristalen hazkunde osoa. parametroen indizeak kontrolatzen dituen bitartean.
Materialak gogortasun handia, hauskortasun handia, ebaketa denbora luzea eta higadura handia ditu: SiC Mohs 9,25eko gogortasuna diamantearen atzetik bigarrena da, eta horrek ebakitzeko, artezteko eta leuntzeko zailtasuna nabarmen handitzen du, eta gutxi gorabehera 120 ordu behar ditu. moztu 3 cm-ko lodierako lingote baten 35-40 zati.Horrez gain, SiC-ren hauskortasun handia dela eta, obleak prozesatzeko higadura handiagoa izango da eta irteera-erlazioa % 60 ingurukoa baino ez da.
Garapen joera: Tamaina handitzea + prezioen jaitsiera
SiC merkatu globala 6 hazbeteko bolumenaren ekoizpen lerroa heltzen ari da, eta liderrak 8 hazbeteko merkatuan sartu dira.Etxeko garapen proiektuak 6 hazbetekoak dira batez ere.Gaur egun, etxeko enpresa gehienak oraindik 4 hazbeteko produkzio-lerroetan oinarritzen diren arren, baina industria pixkanaka 6 hazbetekoetara hedatzen ari da, 6 hazbeteko ekipamenduen teknologiaren heldutasunarekin, SiC substratu etxeko teknologia ere pixkanaka hobetzen ari da ekonomia. tamaina handiko ekoizpen-lerroen eskala islatuko da, eta egungo etxeko 6 hazbeteko ekoizpen masiboko denbora tartea 7 urtera murriztu da.Oblearen tamaina handiagoak txip bakarren kopurua handitu dezake, etekin-tasa hobetu eta ertz-txirren proportzioa murrizten du, eta ikerketa eta garapenaren kostua eta etekin-galera % 7 inguru mantenduko dira, horrela oblea hobetuz. erabilera.
Oraindik zailtasun asko daude gailuen diseinuan
SiC diodoaren merkaturatzea pixkanaka hobetzen da, gaur egun, etxeko fabrikatzaile batzuek SiC SBD produktuak diseinatu dituzte, tentsio ertaineko eta altuko SiC SBD produktuek egonkortasun ona dute, ibilgailuaren OBCan, SiC SBD + SI IGBT erabiltzea egonkorra lortzeko. korronte dentsitatea.Gaur egun, Txinan SiC SBD produktuen patenteen diseinuan ez dago oztoporik, eta atzerriko herrialdeekiko aldea txikia da.
SiC MOS-ek oraindik zailtasun asko ditu, oraindik hutsune bat dago SiC MOS eta atzerriko fabrikatzaileen artean, eta dagokion fabrikazio-plataforma oraindik eraikitzen ari da.Gaur egun, ST, Infineon, Rohm eta beste 600-1700V SiC MOS-ek produkzio masiboa lortu dute eta manufaktura-industria askorekin sinatu eta bidaltzen dute, gaur egungo etxeko SiC MOS diseinua funtsean amaitu den bitartean, diseinu-fabrikatzaile ugari fabrikatzaileekin lanean ari dira. oblea-fluxuaren etapak eta gero bezeroen egiaztapenak denbora pixka bat behar du oraindik, beraz, eskala handiko komertzializaziotik denbora asko dago oraindik.
Gaur egun, egitura planarra da aukera nagusia, eta lubaki mota asko erabiltzen da etorkizunean presio altuko eremuan.Egitura planarra SiC MOS fabrikatzaileak asko dira, egitura planarra ez da erraza zirrikituarekin alderatuta tokiko matxura arazoak sortzea, lanaren egonkortasuna eragiten du, 1200V-tik beherako merkatuan aplikazio-balio zabala du eta egitura planarra nahikoa da. Fabrikazio amaieran sinplea, fabrikagarritasuna eta kostuen kontrola bi alderdi betetzeko.Groove gailuak parasito-induktantzia oso baxua, aldatzeko abiadura azkarra, galera txikia eta errendimendu nahiko altua ditu.
2--SiC ostia berriak
Silizio karburoaren merkatuaren ekoizpena eta salmenten hazkundea, arreta eskaini eskaintzaren eta eskariaren arteko egitura desorekari
Maiztasun handiko eta potentzia handiko potentzia elektronikaren merkatuaren eskariaren hazkunde azkarrarekin, silizioan oinarritutako gailu erdieroaleen muga fisikoa nabarmen bihurtu da pixkanaka, eta silizio karburoak (SiC) ordezkatzen dituen hirugarren belaunaldiko material erdieroaleak pixkanaka-pixkanaka joan dira. industrializatu.Materialaren errendimenduaren ikuspuntutik, silizio karburoak silizio materialaren banda zabalera 3 aldiz handiagoa du, matxura kritikoaren eremu elektrikoaren indarra 10 aldiz handiagoa, eroankortasun termikoa 3 aldiz handiagoa, beraz, silizio karburoaren potentzia gailuak maiztasun handiko, presio handikoetarako egokiak dira, tenperatura altua eta beste aplikazio batzuk, potentzia sistema elektronikoen eraginkortasuna eta potentzia-dentsitatea hobetzen laguntzen dute.
Gaur egun, SiC diodoak eta SiC MOSFETak merkatura joan dira pixkanaka, eta produktu helduagoak daude, horien artean SiC diodoak asko erabiltzen dira zenbait arlotan silizioan oinarritutako diodoen ordez, ez baitute alderantzizko berreskuratze kargaren abantailarik;SiC MOSFET ere pixkanaka erabiltzen da automobilgintza, energia biltegiratze, kargatzeko pila, fotovoltaiko eta beste eremu batzuetan;Automobilgintzako aplikazioen alorrean, modularizazioaren joera gero eta nabarmenagoa da, SiC-ren errendimendu handiagoa ontziratze-prozesu aurreratuetan oinarritu behar da lortzeko, teknikoki nahiko heldua den shell zigilatzea nagusi, etorkizuna edo plastikozko zigilatzea garatzeko. , bere garapen pertsonalizatuaren ezaugarriak egokiagoak dira SiC moduluetarako.
Silizio karburoaren prezioaren jaitsiera abiadura edo irudimenetik haratago
Silizio karburoko gailuen aplikazioa kostu altuak mugatzen du batez ere, maila bereko SiC MOSFETen prezioa Si oinarritutako IGBTarena baino 4 aldiz handiagoa da, hau da, silizio karburoaren prozesua konplexua delako, eta bertan hazten da. Kristal bakarra eta epitaxia ez da ingurumenarekiko gogorra bakarrik, hazkunde-tasa motela ere bada, eta kristal bakarreko substratuan prozesatzea ebaketa- eta leuntze-prozesutik igaro behar da.Bere materialaren ezaugarrietan eta prozesatzeko teknologia heldugabeetan oinarrituta, etxeko substratuaren etekina % 50 baino txikiagoa da, eta hainbat faktorek substratu eta epitaxial prezio altuak eragiten dituzte.
Hala ere, silizio karburoko gailuen eta silizioan oinarritutako gailuen kostuen konposizioa diametralki kontrakoa da, aurrealdeko kanalaren substratu eta epitaxia kostuak gailu osoaren % 47 eta % 23 dira hurrenez hurren, % 70 inguru guztira, gailuaren diseinua, fabrikazioa. eta atzeko kanalaren zigilatzeko estekak % 30 baino ez dira hartzen, silizioan oinarritutako gailuen ekoizpen kostua atzeko kanalaren obleen fabrikazioan kontzentratzen da batez ere % 50 inguru, eta substratuaren kostua % 7 baino ez da hartzen.Silizio karburoaren industria-katearen balioaren fenomenoak esan nahi du gorako substratu epitaxiaren fabrikatzaileek hitz egiteko eskubidea dutela, hau da, etxeko eta atzerriko enpresen diseinurako gakoa.
Merkatuaren ikuspuntu dinamikotik, silizio-karburoaren kostua murriztea, silizio-karburoaren kristal luzea eta xerra-prozesua hobetzeaz gain, oblearen tamaina zabaltzea da, hau da, iraganean erdieroaleen garapenaren bide heldua ere bai, Wolfspeed-eko datuek erakusten dute silizio-karburoaren substratua 6 hazbetetik 8 hazbetera eguneratzen dela, txiparen ekoizpen kualifikatua % 80-90ean handitu daitekeela eta etekina hobetzen laguntzea.Unitateko kostu konbinatua % 50 murriztu dezake.
2023 "8 hazbeteko SiC lehen urtea" bezala ezagutzen da, aurten, etxeko eta atzerriko silizio karburoaren fabrikatzaileak 8 hazbeteko silizio karburoaren diseinua bizkortzen ari dira, hala nola, Wolfspeed-en 14.550 milioi dolarreko inbertsio zoroa silizio karburoaren hedapenerako, horren zati garrantzitsu bat 8 hazbeteko SiC substratua fabrikatzeko planta eraikitzea da, 200 mm-ko SiC metal biluziaren etorkizuneko hornidura ziurtatzeko hainbat enpresari;Domestic Tianyue Advanced eta Tianke Heda-k ere epe luzerako akordioak sinatu dituzte Infineonekin etorkizunean 8 hazbeteko silizio karburoko substratuak hornitzeko.
Urte honetatik aurrera, silizio karburoa 6 hazbetetik 8 hazbetera bizkortuko da, Wolfspeed-ek espero du 2024rako, 8 hazbeteko substratuaren txip-unitatearen kostua 2022an 6 hazbeteko substratuaren unitate-chiparen kostua % 60 baino gehiago murriztuko dela. , eta kostuen beherakadak aplikazioen merkatua gehiago irekiko duela adierazi du Ji Bond Consulting-ek ikerketaren datuek.8 hazbeteko produktuen egungo merkatu-kuota % 2 baino txikiagoa da, eta merkatu-kuota % 15 inguru haziko dela espero da 2026rako.
Izan ere, silizio-karburoko substratuaren prezioaren beherakada-tasak jende askoren irudimena gaindi dezake, 6 hazbeteko substratuaren egungo merkatu-eskaintza 4000-5000 yuan/pieza da, urtearen hasierarekin alderatuta, asko jaitsi da. Datorren urtean 4000 yuan azpitik jaistea espero da, aipatzekoa da fabrikatzaile batzuek lehen merkatua lortzeko salmenta-prezioa murriztu dutela azpiko kostu-lerrora, prezioen gerraren eredua ireki, batez ere silizio karburoaren substratuan kontzentratzen dela. hornidura nahiko nahikoa izan da tentsio baxuko eremuan, etxeko eta atzerriko fabrikatzaileak modu oldarkor handitzen ari dira produkzio-ahalmena, edo silizio-karburoko substratuaren gain-hornikuntza-etapa utzi dute uste baino lehenago.
Argitalpenaren ordua: 2024-01-19