Mga Materyales ng Silicon Carbide, Mga Kagamitang Semiconductor, at Mga Aplikasyon ng Wafer

Ang Silicon carbide (SiC), bilang pangunahing materyal ng mga third-generation wide bandgap semiconductors, ay nakabasag sa performance bottleneck ng mga tradisyonal na materyales na nakabatay sa silicon na may mahusay na mga katangian tulad ng mataas na temperaturang resistensya, mataas na breakdown field strength, at mataas na thermal conductivity, at naging pangunahing sumusuportang materyal sa mga high-end na larangan tulad ng bagong enerhiya, 5G communication, at aerospace. Ang Silicon carbide wafer, bilang pangunahing carrier para sa paghahanda ng semiconductor device, ang kalidad nito ay direktang tumutukoy sa performance ng device; Ang Recrystallized Silicon Carbide , bilang isang espesyal na derivative material, ay lalong nagpapalawak ng mga hangganan ng aplikasyon ng silicon carbide.

Mga pangunahing katangian at pag-uuri ng mga materyales na silicon carbide

1. Mga Pangunahing Tampok: Mga bentahe sa pagganap na higit pa sa mga materyales na nakabatay sa silicon

Ang Silicon carbide ay isang compound semiconductor na nabuo sa pamamagitan ng covalent bonding ng silicon at carbon. Una, ang mataas na bandgap width (3.26eV) ay tatlong beses kaysa sa mga materyales na silicon, na nagpapahintulot dito na mapanatili ang mababang leakage current sa mga kapaligirang may mataas na temperatura at gumana nang matatag sa itaas ng 600 ℃, habang ang mga materyales na silicon ay maaari lamang makatiis sa mga temperaturang humigit-kumulang 150 ℃; Pangalawa, ang mataas na breakdown field strength, na umaabot sa 2-4MV/cm, ay 10 beses kaysa sa silicon, na maaaring makabuluhang bawasan ang kapal ng drift layer ng device at mapabuti ang power density; Pangatlo, mayroon itong mataas na thermal conductivity na hanggang 120-270W/(m · K), na tatlong beses kaysa sa silicon. Mabilis nitong mapapawi ang init na nalilikha habang ginagamit ang device at mabawasan ang gastos ng heat dissipation system. Pang-apat, ang mataas na electron saturation drift speed ay doble kaysa sa silicon, na sumusuporta sa device upang makamit ang high-frequency operation. Bukod pa rito, ang silicon carbide ay mayroon ding mga bentahe ng mababang conduction loss at mataas na chemical stability, na angkop para sa mga kinakailangan sa aplikasyon sa ilalim ng matinding mga kondisyon sa pagtatrabaho.

2. Pangunahing mga kategorya: Mga pangunahing materyales at mga kategoryang hinango

Ang mga materyales na silicon carbide ay pangunahing nahahati sa dalawang kategorya: monocrystalline silicon carbide at recrystallized silicon carbide. Bukod pa rito, mayroon ding iba't ibang uri ng mga materyales, tulad ng 3C SiC at 6H SiC, na angkop para sa iba't ibang pangangailangan sa eksena. Ang recrystallized silicon carbide (R-SiC) ay isang high-performance ceramic material na ginawa sa pamamagitan ng high-temperature solid-state sintering process, nang hindi nangangailangan ng mga sintering additives. Ang kadalisayan nito ay maaaring umabot sa mahigit 99.5%, at mayroon itong mataas na thermal conductivity, mataas na tigas, corrosion resistance at iba pang mga katangian. Pangunahin itong ginagamit sa mga bahagi ng kagamitan ng semiconductor, mga muwebles na may mataas na temperatura sa kiln at iba pang larangan.

Mga Uri at Paghahanda ng mga Silicon Carbide Semiconductor Device

1. Mga uri at tungkulin ng mga pangunahing bahagi

Ang mga silicone carbide semiconductor device na nakabatay sa mga materyales na silicon carbide ay pangunahing nahahati sa dalawang kategorya: mga power device at RF device, at malawakang ginagamit sa mga larangan ng conversion ng enerhiya at pagpapadala ng signal. Ang mga power device ang kasalukuyang pinaka-mature na kategorya ng mga aplikasyon, na may mga pangunahing bahagi kabilang ang silicon carbide MOSFET, Schottky diode, IGBT, atbp. Kabilang sa mga ito, ang mga MOSFET at Schottky diode ang nangingibabaw sa merkado. Ang Silicon carbide MOSFET ay may mababang switching loss at mataas na power density, na maaaring lubos na mapabuti ang kahusayan ng conversion ng enerhiya at malawakang ginagamit sa mga inverter ng bagong sasakyan ng enerhiya at photovoltaic inverter; ang mga Schottky diode ay may napakabilis na bilis ng switching, walang reverse recovery loss, at angkop para sa mga high-frequency at high-voltage na senaryo. Ang mga RF device ay pangunahing binubuo ng silicon carbide MESFET at HEMT, na umaasa sa mga high-frequency na katangian at ginagamit sa mga larangan tulad ng 5G communication base station at satellite communication upang makamit ang mahusay na pagpapadala ng signal.

2. Pangunahing Proseso ng Paghahanda ng Kagamitan

Ang paghahanda ng mga silicon carbide semiconductor device ay batay sa mga silicon carbide wafer, at ang proseso ng core ay nahahati sa tatlong hakbang: una, pretreatment ng wafer, paglilinis at pagpapakintab ng mga silicon carbide wafer upang alisin ang mga dumi at depekto sa ibabaw, tinitiyak na ang ibabaw ay umaabot sa atomic level flatness; Susunod ay ang epitaxial growth, na gumagamit ng chemical vapor deposition (CVD) technology upang mapalago ang tumpak na kapal ng epitaxial layer sa ibabaw ng wafer, ayusin ang uri at konsentrasyon ng doping, at buuin ang core structure ng device; Panghuli, nariyan ang paggawa ng device, kung saan ang source, drain, gate, at iba pang istruktura ng device ay nabubuo sa wafer sa pamamagitan ng mga proseso tulad ng photolithography, etching, ion implantation, at metallization. Pagkatapos ng packaging at pagsubok, nakukuha ang natapos na device. Ang buong proseso ay nangangailangan ng napakataas na katumpakan, lalo na sa epitaxial growth at defect control, na direktang tumutukoy sa reliability at yield ng device.

Mga Pangunahing Teknolohiya at Kontrol sa Kalidad ng mga Silicon Carbide Wafer

1. Mga Pangunahing Teknolohiya para sa Paghahanda ng Wafer

Ang kasalukuyang pangunahing paraan ng paglaki ng single crystal ay ang physical vapor transfer (PVT), na nangangailangan ng sublimasyon ng silicon carbide powder sa isang mataas na temperaturang kapaligiran na 2200-2400 ℃ upang mapalago ang isang single crystal ingot sa ibabaw ng seed crystal. Ang bilis ng paglaki ay napakabagal (0.1-0.5mm/oras) at madaling kapitan ng mga depekto tulad ng mga microtube at dislocation. Pagkatapos ng oryentasyon, pagputol ng diamond wire saw, paggiling, chemical mechanical polishing (CMP) at iba pang mga proseso, ang mga single crystal ingot ay ginagawang mga wafer na may iba't ibang laki. Sa kasalukuyan, ang 6-inch wafer ang pangunahing ginagamit sa merkado, at ang 8-inch wafer ay nagpapabilis sa industriyalisasyon. Bukod pa rito, ang teknolohiya ng epitaxial growth ay mahalaga rin para sa paghahanda ng wafer, na nangangailangan ng tumpak na kontrol sa mga parameter tulad ng temperatura at gas flow rate upang matiyak ang pare-parehong kapal at mababang defect rate ng epitaxial layer.

2. Mga pangunahing punto ng pangunahing kontrol sa kalidad

Direktang nakakaapekto ang kalidad ng mga silicon carbide wafer sa pagganap ng mga semiconductor device, at ang mga pangunahing control point ay kinabibilangan ng tatlong aspeto: una, crystal defect control, na nangangailangan ng pagkontrol sa micro tube density na mas mababa sa 0.5cm⁻² upang mabawasan ang mga depekto tulad ng mga dislocation at layer fault, at maiwasan ang pag-apekto sa conductivity ng device; Ang pangalawa ay ang dimensional accuracy control, na tinitiyak na ang kapal ng wafer ay pare-pareho, ang flatness ng ibabaw ay nakakatugon sa pamantayan, at ang error ay kinokontrol sa antas ng micrometer; Ang pangatlo ay ang purity control, na mahigpit na kinokontrol ang nilalaman ng impurity sa wafer upang maiwasan ang mga impurities na nakakaapekto sa mga katangian ng carrier transport. Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing tagagawa ng wafer sa buong mundo ay patuloy na nagpapabuti sa kalidad ng wafer at binabawasan ang mga gastos sa produksyon sa pamamagitan ng pag-optimize ng mga proseso ng paglago ng PVT at pagpapakilala ng mga bagong teknolohiya sa pagpapakintab.

Ganap na saklaw ng mga aplikasyon ng mga materyales, aparato, at wafer na silicon carbide

1. Bagong Sektor ng Enerhiya: Pangunahing Tagapagdala ng Konserbasyon at Pagpapahusay ng Kahusayan ng Enerhiya

Ang larangan ng bagong enerhiya ang pinakamalawak na ginagamit na senaryo para sa silicon carbide, na sumasaklaw sa dalawang pangunahing lugar: mga sasakyang pang-bagong enerhiya at imbakan ng enerhiyang photovoltaic. Sa mga sasakyang pang-bagong enerhiya, ang mga silicon carbide device ay ginagamit para sa mga main drive inverter at on-board charger (OBC), na maaaring mapabuti ang kahusayan ng inverter sa mahigit 99%, mabawasan ang mga switch losses, at mapalawak ang saklaw ng sasakyan ng 10% -15%. Sa kasalukuyan, ang Tesla, Xiaopeng at iba pang mga kumpanya ng kotse ay nag-install ng mga ito sa malawakang saklaw; Ang mga silicone carbide wafer ang pangunahing tagapagdala ng mga automotive device, na sumusuporta sa pagpapasikat ng mga 800V high-voltage platform. Sa larangan ng imbakan ng enerhiyang photovoltaic, ang mga silicon carbide device ay ginagamit sa mga photovoltaic inverter at mga energy storage converter upang mapabuti ang kahusayan sa conversion ng enerhiya at mabawasan ang dami ng kagamitan ng mahigit 40%. Ang mga kumpanyang tulad ng Huawei at Sunac ay naglunsad ng mga kumpletong solusyon sa silicon carbide.

2. Larangan ng Elektroniks at Komunikasyon: Pag-aangkop sa mga Senaryo ng Mataas na Dalas at Mataas na Boltahe

Sa larangan ng komunikasyong 5G, ang mga RF device na gawa sa semi-insulating silicon carbide wafer ay maaaring gumana nang matatag sa mga kapaligirang may mataas na frequency at mataas na temperatura, na sumusuporta sa pagpapadala ng signal para sa mga 5G base station at nagpapabuti sa distansya at bilis ng komunikasyon; Sa larangan ng kontrol sa industriya, ang mga silicon carbide power device ay ginagamit sa mga frequency converter at servo controller, na maaaring makabawas sa pagkonsumo ng enerhiya nang higit sa 60% at mapabuti ang pagiging maaasahan ng kagamitan. Bukod pa rito, sa larangan ng consumer electronics, ang mga silicon carbide device ay unti-unting inilalapat sa mga fast charging device upang makamit ang miniaturization at mahusay na pag-charge.

3. Larangan ng espesyal at high-end na kagamitan: suporta sa matinding kondisyon ng pagtatrabaho

Ang recrystallized silicon carbide, na may mataas na kadalisayan, resistensya sa mataas na temperatura, at resistensya sa kalawang, ay malawakang ginagamit sa mga bahagi ng kagamitan ng semiconductor tulad ng mga crystal boat, spray head, at electrostatic chuck base, na bumubuo sa mahigit 60% ng pandaigdigang merkado para sa mga bahagi ng high-purity silicon carbide na ginagamit sa kagamitan ng semiconductor; Sa larangan ng aerospace, ang mga silicon carbide device ay ginagamit sa mga spacecraft power system, kagamitan ng radar, at angkop para sa mga matinding kapaligiran na may mataas na temperatura at radiation; Sa larangan ng rail transit, ginagamit ito para sa mga high-speed rail traction converter system upang mapabuti ang kahusayan sa conversion ng enerhiya at mabawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo.

Katayuan ng pag-unlad ng silicon carbide

Sa kasalukuyan, ang industriya ng silicon carbide ay nasa isang kritikal na panahon ng teknolohikal na pag-ulit at pagpapalawak ng saklaw. Ang mga 6-pulgadang wafer ay nakakamit ng malawakang produksyon, ang mga 8-pulgadang wafer ay unti-unting sumisikat, ang mga gastos sa aparato ay patuloy na bumababa, at ang mga sitwasyon ng aplikasyon ay patuloy na lumalawak. Gayunpaman, ang industriya ay nahaharap pa rin sa mga problema tulad ng mababang kahusayan sa paglago ng single-crystal, kahirapan sa pagkontrol ng depekto, at pagdepende sa mga inaangkat na pangunahing kagamitan. Sa hinaharap, sa pamamagitan ng pag-optimize ng mga proseso ng paghahanda at pagtataguyod ng domestic substitution, ang mga materyales ng silicon carbide, mga aparato ng semiconductor, at mga wafer ay tatagos sa mas mataas na antas ng mga larangan at magiging mga pangunahing materyales na sumusuporta sa pagbabago ng bagong enerhiya at pag-unlad ng digital na ekonomiya.

Tagapagtustos

Ang RBOSCHCO ay isang mapagkakatiwalaang pandaigdigang supplier at tagagawa ng Recrystallized Silicon Carbide na may mahigit 12 taong karanasan sa pagbibigay ng mga kemikal at Nanomaterial na may napakataas na kalidad. Nag-e-export ang kumpanya sa maraming bansa, tulad ng USA, Canada, Europe, UAE, South Africa, Tanzania, Kenya, Egypt, Nigeria, Cameroon, Uganda, Turkey, Mexico, Azerbaijan, Belgium, Cyprus, Czech Republic, Brazil, Chile, Argentina, Dubai, Japan, Korea, Vietnam, Thailand, Malaysia, Indonesia, Australia, Germany, France, Italy, Portugal, atbp. Bilang nangungunang tagagawa ng nanotechnology development, nangingibabaw ang RBOSCHCO sa merkado. Ang aming propesyonal na pangkat ng trabaho ay nagbibigay ng mga perpektong solusyon upang makatulong na mapabuti ang kahusayan ng iba't ibang industriya, lumikha ng halaga, at madaling makayanan ang iba't ibang hamon. Kung naghahanap ka ng Recrystallized Silicon Carbide , huwag mag-atubiling makipag-ugnayan sa amin.