Силицијум карбидни материјали, полупроводнички уређаји и примене плочица

Силицијум карбид (SiC), као основни материјал полупроводника треће генерације са широким енергетским процепом, премостио је уско грло у перформансама традиционалних материјала на бази силицијума са одличним карактеристикама као што су отпорност на високе температуре, висока јачина пробојног поља и висока топлотна проводљивост, и постао је основни носећи материјал у врхунским областима као што су нова енергија, 5G комуникација и ваздухопловство. Плочица силицијум карбида, као основни носач за припрему полупроводничких уређаја, њен квалитет директно одређује перформансе уређаја; рекристализовани силицијум карбид , као посебан дериватни материјал, додатно проширује границе примене силицијум карбида.

Основне карактеристике и класификација силицијум карбидних материјала

1. Основне карактеристике: Предности у перформансама поред материјала на бази силицијума

Силицијум карбид је сложени полупроводник формиран ковалентном везом силицијума и угљеника. Прво, велика ширина забрањене зоне (3.26 eV) је три пута већа од силицијумских материјала, што му омогућава да одржи ниску струју цурења у окружењима са високом температуром и стабилно ради изнад 600 ℃, док силицијумски материјали могу да издрже само температуре око 150 ℃; Друго, висока јачина пробојног поља, која достиже 2-4 MV/cm, је 10 пута већа од силицијумске, што може значајно смањити дебљину слоја дрифта уређаја и побољшати густину снаге; Треће, има високу топлотну проводљивост до 120-270 W/(m · K), што је три пута више од силицијумске. Може брзо да расипа топлоту генерисану током рада уређаја и смањи трошкове система за одвођење топлоте. Четврто, велика брзина дрифта засићења електрона је двоструко већа од силицијумске, што подржава уређај да постигне рад на високим фреквенцијама. Поред тога, силицијум карбид такође има предности ниског губитка проводљивости и високе хемијске стабилности, што је погодно за захтеве примене у екстремним радним условима.

2. Главне категорије: Основни материјали и дериватне категорије

Силицијум карбидни материјали се углавном деле у две категорије: монокристални силицијум карбид и рекристализовани силицијум карбид. Поред тога, постоје и различите врсте материјала, као што су 3C SiC и 6H SiC, који су погодни за различите захтеве сцене. Рекристализовани силицијум карбид (R-SiC) је високоперформансни керамички материјал направљен процесом синтеровања у чврстом стању на високој температури, без потребе за адитивима за синтеровање. Његова чистоћа може достићи преко 99.5%, а има високу топлотну проводљивост, високу тврдоћу, отпорност на корозију и друге карактеристике. Углавном се користи у компонентама полупроводничке опреме, намештају за пећи на високој температури и другим областима.

Врсте и припрема силицијум-карбидних полупроводничких уређаја

1. Врсте и функције основних компоненти

Силицијум-карбидни полупроводнички уређаји базирани на силицијум-карбидним материјалима углавном се деле у две категорије: уређаји за напајање и РФ уређаји, и широко се користе у областима конверзије енергије и преноса сигнала. Уређаји за напајање тренутно су најзрелија категорија примене, са основним компонентама које укључују силицијум-карбидне MOSFET-ове, Шотки диоде, IGBT-ове итд. Међу њима, MOSFET-ови и Шотки диоде доминирају на тржишту. Силицијум-карбидни MOSFET има мале губитке при прекидању и високу густину снаге, што може значајно побољшати ефикасност конверзије енергије и широко се користи у инверторима за нова енергетска возила и фотонапонским инверторима; Шотки диоде имају ултра брзу брзину прекидања, нема губитака при обрнутом опоравку и погодне су за сценарије високе фреквенције и високог напона. РФ уређаји се углавном састоје од силицијум-карбидних MESFET-ова и HEMT-ова, који се ослањају на карактеристике високе фреквенције и користе се у областима као што су 5G комуникационе базне станице и сателитска комуникација како би се постигао ефикасан пренос сигнала.

2. Основни процес припреме уређаја

Припрема силицијум карбидних полупроводничких уређаја заснива се на силицијум карбидним плочицама, а основни процес је подељен у три корака: прво, претходна обрада плочице, чишћење и полирање силицијум карбидних плочица ради уклањања површинских нечистоћа и дефеката, осигуравајући да површина достигне равност на атомском нивоу; затим, епитаксијални раст, који користи технологију хемијског таложења из паре (CVD) за раст прецизне дебљине епитаксијалног слоја на површини плочице, регулисање врсте и концентрације допирања и конструисање језгрене структуре уређаја; на крају, ту је производња уређаја, где се извор, одвод, капија и друге структуре уређаја формирају на плочици кроз процесе као што су фотолитографија, нагризање, јонска имплантација и метализација. Након паковања и тестирања, добија се готов уређај. Читав процес захтева изузетно високу прецизност, посебно у епитаксијалном расту и контроли дефеката, што директно одређује поузданост и принос уређаја.

Кључне технологије и контрола квалитета силицијум-карбидних плочица

1. Основне технологије за припрему плочица

Тренутно уобичајена метода раста монокристала је физички пренос паре (PVT), који захтева сублимацију праха силицијум карбида у окружењу са високом температуром од 2200-2400 ℃ да би се монокристални ингот развио на површини кристалног семена. Брзина раста је изузетно спора (0.1-0.5 мм/сат) и склона је дефектима као што су микроцеви и дислокације. Након оријентације, сечења дијамантском жицом, брушења, хемијско-механичког полирања (CMP) и других процеса, монокристални инготи се прерађују у плочице различитих величина. Тренутно су плочице од 6 инча главна популација на тржишту, а плочице од 8 инча убрзавају индустријализацију. Поред тога, технологија епитаксијалног раста је такође кључна за припрему плочица, захтевајући прецизну контролу параметара као што су температура и брзина протока гаса како би се осигурала равномерна дебљина и ниска стопа дефеката епитаксијалног слоја.

2. Кључне тачке основне контроле квалитета

Квалитет силицијум карбидних плочица директно утиче на перформансе полупроводничких уређаја, а основне контролне тачке укључују три аспекта: прво, контролу кристалних дефеката, што захтева контролу густине микроцеви испод 0.5 цм² како би се смањили дефекти попут дислокација и слојевитих грешака и избегао утицај на проводљивост уређаја; друго је контрола димензионалне тачности, осигуравајући да је дебљина плочице уједначена, да површинска равност испуњава стандард, а грешка се контролише на микрометарском нивоу; треће је контрола чистоће, строга контрола садржаја нечистоћа у плочици како би се избегло да нечистоће утичу на карактеристике транспорта носача. Тренутно, главни произвођачи плочица широм света континуирано побољшавају квалитет плочица и смањују трошкове производње оптимизацијом PVT процеса раста и увођењем нових технологија полирања.

Широк спектар примена силицијум карбидних материјала, уређаја и плочица

1. Нови енергетски сектор: Основни носилац уштеде енергије и повећања ефикасности

Област нове енергије је најшире коришћени сценарио за силицијум карбид, који покрива две основне области: возила са новом енергијом и фотонапонско складиштење енергије. У возилима са новом енергијом, уређаји од силицијум карбида се користе за главне погонске инверторе и уграђене пуњаче (OBC), што може побољшати ефикасност инвертора на преко 99%, смањити губитке прекидача и продужити домет возила за 10% -15%. Тренутно су их Тесла, Сјаопенг и друге аутомобилске компаније инсталирале у великим размерама; плочице од силицијум карбида су основни носач аутомобилских уређаја, подржавајући популаризацију високонапонских платформи од 800 V. У области фотонапонског складиштења енергије, уређаји од силицијум карбида се користе у фотонапонским инверторима и конверторима за складиштење енергије како би се побољшала ефикасност конверзије енергије и смањила запремина опреме за више од 40%. Компаније попут Хуавеја и Сунака лансирале су комплетна решења од силицијум карбида.

2. Област електронике и комуникација: Адаптација сценаријима високе фреквенције и високог напона

У области 5G комуникације, РФ уређаји направљени од полуизолационих силицијум-карбидних плочица могу стабилно да раде у окружењима високе фреквенције и високе температуре, подржавајући пренос сигнала за 5G базне станице и побољшавајући даљину и брзину комуникације; У области индустријске контроле, силицијум-карбидни уређаји за напајање се користе у фреквентним претварачима и серво контролерима, што може смањити потрошњу енергије за више од 60% и побољшати поузданост опреме. Поред тога, у области потрошачке електронике, силицијум-карбидни уређаји се постепено примењују у уређајима за брзо пуњење како би се постигла минијатуризација и ефикасно пуњење.

3. Поље специјалне и врхунске опреме: подршка за екстремне радне услове

Рекристализовани силицијум карбид, са својом високом чистоћом, отпорношћу на високе температуре и отпорношћу на корозију, широко се користи у компонентама полупроводничке опреме као што су кристални чамци, главе за прскање и електростатичке основе за стезање, чинећи преко 60% глобалног тржишта компоненти силицијум карбида високе чистоће које се користе у полупроводничкој опреми; У ваздухопловној области, уређаји од силицијум карбида се користе у системима напајања свемирских летелица, радарској опреми и погодни су за екстремна окружења са високим температурама и зрачењем; У области железничког транзита, користи се за системе конвертора вуче великих брзина како би се побољшала ефикасност конверзије енергије и смањили оперативни трошкови.

Статус развоја силицијум карбида

Тренутно се индустрија силицијум карбида налази у критичном периоду технолошке итерације и ширења обима. Плочице од 6 инча постижу масовну производњу, плочице од 8 инча постепено пробијају, трошкови уређаја настављају да опадају, а сценарији примене се стално шире. Међутим, индустрија се и даље суочава са проблемима као што су ниска ефикасност раста монокристала, тешкоће у контроли дефеката и зависност од увезене основне опреме. У будућности, уз оптимизацију процеса припреме и промоцију домаће замене, материјали од силицијум карбида, полупроводнички уређаји и плочице ће продрети у више врхунских области и постати основни материјали који подржавају трансформацију нове енергије и развој дигиталне економије.

Добављач

RBOSCHCO је поуздан глобални добављач и произвођач рекристализованог силицијум карбида са преко 12 година искуства у обезбеђивању супер висококвалитетних хемикалија и наноматеријала. Компанија извози у многе земље, као што су САД, Канада, Европа, УАЕ, Јужна Африка, Танзанија, Кенија, Египат, Нигерија, Камерун, Уганда, Турска, Мексико, Азербејџан, Белгија, Кипар, Чешка Република, Бразил, Чиле, Аргентина, Дубаи, Јапан, Кореја, Вијетнам, Тајланд, Малезија, Индонезија, Аустралија, Немачка, Француска, Италија, Португал итд. Као водећи произвођач производа за развој нанотехнологије, RBOSCHCO доминира тржиштем. Наш професионални тим пружа савршена решења како би се побољшала ефикасност различитих индустрија, створила вредност и лако се носило са различитим изазовима. Ако тражите рекристализовани силицијум карбид , слободно нас контактирајте.