Hyrje në karabit të silikonit
Karbidi i silikonit (SiC) është një material gjysmëpërçues i përbërë nga karboni dhe silikoni, i cili është një nga materialet ideale për prodhimin e pajisjeve me temperaturë të lartë, frekuencë të lartë, fuqi të lartë dhe tension të lartë. Krahasuar me materialin tradicional të silikonit (Si), hendeku i brezit të karabit të silikonit është 3 herë më i madh se ai i silikonit. Përçueshmëria termike është 4-5 herë më e madhe se ajo e silikonit; Tensioni i prishjes është 8-10 herë ai i silikonit; Shkalla e zhvendosjes së ngopjes elektronike është 2-3 herë ajo e silikonit, e cila plotëson nevojat e industrisë moderne për fuqi të lartë, tension të lartë dhe frekuencë të lartë. Përdoret kryesisht për prodhimin e komponentëve elektronikë me shpejtësi të lartë, me frekuencë të lartë, me fuqi të lartë dhe me dritë. Fushat e aplikimit në rrjedhën e poshtme përfshijnë rrjetin inteligjent, automjetet me energji të reja, energjinë e erës fotovoltaike, komunikimin 5G, etj. Diodat e karbitit të silikonit dhe MOSFET janë aplikuar komercialisht.
Rezistencë ndaj temperaturës së lartë. Gjerësia e hendekut të brezit të karabit të silikonit është 2-3 herë më e madhe se ajo e silikonit, elektronet nuk janë të lehta për t'u transmetuar në temperatura të larta dhe mund t'i rezistojnë temperaturave më të larta të funksionimit, dhe përçueshmëria termike e karabit të silikonit është 4-5 herë më e madhe se ajo e silikonit. duke e bërë më të lehtë shpërndarjen e nxehtësisë së pajisjes dhe më të lartë temperaturën kufitare të funksionimit. Rezistenca ndaj temperaturës së lartë mund të rrisë ndjeshëm densitetin e fuqisë duke reduktuar kërkesat në sistemin e ftohjes, duke e bërë terminalin më të lehtë dhe më të vogël.
Përballojnë presionin e lartë. Forca e prishjes së fushës elektrike të karabit të silikonit është 10 herë më e madhe se ajo e silikonit, e cila mund t'i rezistojë tensioneve më të larta dhe është më e përshtatshme për pajisjet me tension të lartë.
Rezistencë e frekuencës së lartë. Karbidi i silikonit ka një shpejtësi të ngopur të zhvendosjes së elektroneve dy herë më të madhe se silikoni, duke rezultuar në mungesën e rrymës gjatë procesit të mbylljes, gjë që mund të përmirësojë në mënyrë efektive frekuencën e kalimit të pajisjes dhe të realizojë miniaturizimin e pajisjes.
Humbje e ulët e energjisë. Krahasuar me materialin e silikonit, karbidi i silikonit ka rezistencë shumë të ulët ndaj dhe humbje të ulët. Në të njëjtën kohë, gjerësia e lartë e brezit të karabit të silikonit redukton shumë rrymën e rrjedhjes dhe humbjen e energjisë. Për më tepër, pajisja e karbitit të silikonit nuk ka fenomen të zvarritjes aktuale gjatë procesit të mbylljes dhe humbja e kalimit është e ulët.
Zinxhiri i industrisë së karabit të silikonit
Kryesisht përfshin substratin, epitaksinë, dizajnin e pajisjes, prodhimin, vulosjen etj. Karbidi i silikonit nga materiali në pajisjen e fuqisë gjysmëpërçuese do të përjetojë rritje të vetme kristali, prerje të shufrës, rritje epitaksiale, dizajnim vaferi, prodhim, paketim dhe procese të tjera. Pas sintezës së pluhurit të karabit të silikonit, fillimisht bëhet shufra e karbitit të silikonit, dhe më pas nënshtresa e karbitit të silikonit fitohet me prerje, bluarje dhe lustrim dhe fleta epitaksiale fitohet nga rritja epitaksiale. Vaferi epitaksial është bërë nga karabit silikoni përmes litografisë, gravurës, implantimit të joneve, pasivimit të metalit dhe proceseve të tjera, vaferi pritet në formë, pajisja paketohet dhe pajisja kombinohet në një guaskë të veçantë dhe montohet në një modul.
Në rrjedhën e sipërme të zinxhirit të industrisë 1: substrati - rritja e kristalit është lidhja kryesore e procesit
Nënshtresa e karabit të silikonit përbën rreth 47% të kostos së pajisjeve të karabit të silikonit, barrierat më të larta teknike të prodhimit, vlera më e madhe, është thelbi i industrializimit të ardhshëm në shkallë të gjerë të SiC.
Nga këndvështrimi i dallimeve të vetive elektrokimike, materialet e nënshtresës së karbitit të silikonit mund të ndahen në nënshtresa përcjellëse (rajoni i rezistencës 15~30mΩ·cm) dhe nënshtresa gjysmë të izoluara (rezistenca më e lartë se 105Ω·cm). Këto dy lloje të nënshtresave përdoren për të prodhuar pajisje diskrete si pajisjet e energjisë dhe pajisjet e radiofrekuencës përkatësisht pas rritjes epitaksiale. Midis tyre, nënshtresa gjysmë e izoluar e karbitit të silikonit përdoret kryesisht në prodhimin e pajisjeve RF të nitridit të galiumit, pajisjeve fotoelektrike etj. Duke rritur shtresën epitaksiale gan në nënshtresën SIC gjysmë të izoluar, përgatitet pllaka epitaksiale sic, e cila mund të përgatitet më tej në pajisjet RF izo-nitride HEMT gan. Nënshtresa përçuese e karbitit të silikonit përdoret kryesisht në prodhimin e pajisjeve të energjisë. Ndryshe nga procesi tradicional i prodhimit të pajisjes së fuqisë së silikonit, pajisja e fuqisë së karbitit të silikonit nuk mund të bëhet drejtpërdrejt në nënshtresën e karbitit të silikonit, shtresa epitaksiale e karbitit të silikonit duhet të rritet në nënshtresën përçuese për të marrë fletën epitaksiale të karbitit të silikonit dhe epitaksiale shtresa është prodhuar në diodë Schottky, MOSFET, IGBT dhe pajisje të tjera të energjisë.
Pluhuri i karabit të silikonit u sintetizua nga pluhuri i karbonit me pastërti të lartë dhe pluhuri i silikonit me pastërti të lartë, dhe madhësi të ndryshme të shufrës së karabit të silikonit u rritën nën një fushë të veçantë të temperaturës, dhe më pas nënshtresa e karabit të silikonit u prodhua përmes proceseve të shumëfishta të përpunimit. Procesi kryesor përfshin:
Sinteza e lëndës së parë: Pluhuri i silikonit + toner i pastërtisë së lartë përzihet sipas formulës dhe reaksioni kryhet në dhomën e reaksionit në kushte të temperaturës së lartë mbi 2000°C për të sintetizuar grimcat e karbitit të silikonit me llojin dhe grimcat specifike të kristalit. madhësia. Pastaj përmes dërrmimit, shqyrtimit, pastrimit dhe proceseve të tjera, për të përmbushur kërkesat e lëndëve të para të pluhurit të karabit të silikonit me pastërti të lartë.
Rritja e kristalit është procesi thelbësor i prodhimit të substratit të karbitit të silikonit, i cili përcakton vetitë elektrike të nënshtresës së karbitit të silikonit. Aktualisht, metodat kryesore për rritjen e kristaleve janë transferimi fizik i avullit (PVT), depozitimi i avullit kimik në temperaturë të lartë (HT-CVD) dhe epitaksia e fazës së lëngshme (LPE). Midis tyre, metoda PVT është metoda kryesore për rritjen komerciale të substratit SiC aktualisht, me pjekurinë më të lartë teknike dhe më të përdorura në inxhinieri.
Përgatitja e substratit SiC është e vështirë, duke çuar në çmimin e tij të lartë
Kontrolli i fushës së temperaturës është i vështirë: rritja e shufrës së kristalit Si ka nevojë vetëm për 1500 ℃, ndërsa shufra kristalore SiC duhet të rritet në një temperaturë të lartë mbi 2000 ℃, dhe ka më shumë se 250 izomerë SiC, por struktura kryesore njëkristalore 4H-SiC për prodhimi i pajisjeve të fuqisë, nëse jo kontrolli i saktë, do të marrë struktura të tjera kristalore. Për më tepër, gradienti i temperaturës në kasolle përcakton shpejtësinë e transferimit të sublimimit të SiC dhe rregullimin dhe mënyrën e rritjes së atomeve të gaztë në ndërfaqen e kristalit, gjë që ndikon në shkallën e rritjes së kristalit dhe cilësinë e kristalit, kështu që është e nevojshme të formohet një fushë sistematike e temperaturës. teknologjia e kontrollit. Krahasuar me materialet Si, ndryshimi në prodhimin e SiC është gjithashtu në proceset me temperaturë të lartë si implantimi i joneve në temperaturë të lartë, oksidimi me temperaturë të lartë, aktivizimi i temperaturës së lartë dhe procesi i maskës së fortë që kërkohet nga këto procese me temperaturë të lartë.
Rritja e ngadaltë e kristalit: shkalla e rritjes së shufrës së kristalit Si mund të arrijë 30 ~ 150 mm / orë, dhe prodhimi i shufrës së kristalit të silikonit 1-3 m zgjat vetëm rreth 1 ditë; Shufra kristali SiC me metodën PVT si shembull, shkalla e rritjes është rreth 0,2-0,4 mm / orë, 7 ditë për t'u rritur më pak se 3-6 cm, shkalla e rritjes është më pak se 1% e materialit të silikonit, kapaciteti i prodhimit është jashtëzakonisht kufizuar.
Parametrat e lartë të produktit dhe rendimenti i ulët: parametrat thelbësorë të substratit SiC përfshijnë densitetin e mikrotubulave, densitetin e zhvendosjes, rezistencën, shtrembërimin, vrazhdësinë e sipërfaqes, etj. Është një inxhinieri kompleks sistemi për të rregulluar atomet në një dhomë të mbyllur me temperaturë të lartë dhe rritje të plotë të kristalit. duke kontrolluar indekset e parametrave.
Materiali ka fortësi të lartë, brishtësi të lartë, kohë të gjatë prerjeje dhe konsum të lartë: Fortësia e SiC Mohs prej 9,25 është e dyta vetëm pas diamantit, gjë që çon në një rritje të ndjeshme të vështirësisë së prerjes, bluarjes dhe lustrimit, dhe duhen afërsisht 120 orë për të. prerë 35-40 copa të një shufër 3 cm të trashë. Për më tepër, për shkak të brishtësisë së lartë të SiC, veshja e përpunimit të meshës do të jetë më e madhe, dhe raporti i prodhimit është vetëm rreth 60%.
Tendenca e zhvillimit: Rritja e madhësisë + ulje e çmimit
Linja e prodhimit të vëllimit 6 inç të tregut global të SiC po maturohet dhe kompanitë kryesore kanë hyrë në tregun 8 inç. Projektet e brendshme të zhvillimit janë kryesisht 6 inç. Aktualisht, megjithëse shumica e kompanive vendase bazohen ende në linja prodhimi 4 inç, por industria po zgjerohet gradualisht në 6 inç, me pjekurinë e teknologjisë së pajisjeve mbështetëse 6 inç, teknologjia vendase e substratit SiC po përmirëson gjithashtu gradualisht ekonomitë e shkalla e linjave të prodhimit me përmasa të mëdha do të reflektohet dhe hendeku aktual i prodhimit në masë prej 6 inçësh në kohë është ngushtuar në 7 vjet. Madhësia më e madhe e vaferës mund të sjellë një rritje në numrin e patate të skuqura të vetme, të përmirësojë shkallën e rendimentit dhe të zvogëlojë përqindjen e çipave në skaj, dhe kostoja e kërkimit dhe zhvillimit dhe humbja e rendimentit do të mbahet në rreth 7%, duke përmirësuar kështu vaferën shfrytëzimi.
Ka ende shumë vështirësi në hartimin e pajisjes
Komercializimi i diodës SiC po përmirësohet gradualisht, aktualisht, një numër i prodhuesve vendas kanë projektuar produkte SiC SBD, produktet SiC SBD të tensionit të mesëm dhe të lartë kanë stabilitet të mirë, në automjetin OBC, përdorimi i SiC SBD+SI IGBT për të arritur qëndrueshmëri dendësia e rrymës. Aktualisht, nuk ka pengesa në hartimin e patentave të produkteve SiC SBD në Kinë, dhe hendeku me vendet e huaja është i vogël.
SiC MOS ka ende shumë vështirësi, ka ende një hendek midis SiC MOS dhe prodhuesve jashtë shtetit, dhe platforma përkatëse e prodhimit është ende në ndërtim e sipër. Aktualisht, ST, Infineon, Rohm dhe MOS të tjera SiC 600-1700V kanë arritur prodhim masiv dhe kanë nënshkruar dhe transportuar me shumë industri prodhuese, ndërkohë që dizajni aktual vendas SiC MOS ka përfunduar në thelb, një numër prodhuesish dizajni po punojnë me fabrika në faza e rrjedhës së vaferës dhe verifikimi i mëvonshëm i klientit ende ka nevojë për pak kohë, kështu që ka ende shumë kohë nga komercializimi në shkallë të gjerë.
Aktualisht, struktura planare është zgjedhja kryesore, dhe lloji i kanalit përdoret gjerësisht në fushën e presionit të lartë në të ardhmen. Struktura planare Prodhuesit SiC MOS janë të shumtë, struktura planare nuk është e lehtë të prodhojë probleme lokale prishjeje në krahasim me brazdë, duke ndikuar në stabilitetin e punës, në treg nën 1200V ka një gamë të gjerë vlerash aplikimi, dhe struktura planare është relativisht thjeshtë në fund të prodhimit, për të përmbushur manufacturability dhe kontrollin e kostos dy aspekte. Pajisja groove ka avantazhet e induktivitetit jashtëzakonisht të ulët parazitar, shpejtësisë së shpejtë të ndërrimit, humbjes së ulët dhe performancës relativisht të lartë.
2--SiC lajme me meshë
Tregu i prodhimit të karabit të silikonit dhe rritja e shitjeve, kushtojini vëmendje çekuilibrit strukturor midis ofertës dhe kërkesës
Me rritjen e shpejtë të kërkesës së tregut për elektronikë me frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë, bllokimi fizik i kufizuar i pajisjeve gjysmëpërçuese me bazë silikoni është bërë gradualisht i dukshëm dhe materialet gjysmëpërçuese të gjeneratës së tretë të përfaqësuara nga karabit silikoni (SiC) janë bërë gradualisht të industrializohen. Nga pikëpamja e performancës së materialit, karabidi i silikonit ka 3 herë më të madhe gjerësinë e hendekut të brezit të materialit të silikonit, 10 herë më të madhe fuqinë e fushës elektrike të prishjes kritike, 3 herë më shumë përçueshmëri termike, kështu që pajisjet e fuqisë së karabit të silikonit janë të përshtatshme për frekuencë të lartë, presion të lartë, temperatura e lartë dhe aplikime të tjera, ndihmojnë në përmirësimin e efikasitetit dhe densitetit të fuqisë së sistemeve elektronike të fuqisë.
Aktualisht, diodat SiC dhe SiC MOSFET janë zhvendosur gradualisht në treg dhe ka produkte më të pjekura, ndër të cilat diodat SiC përdoren gjerësisht në vend të diodave me bazë silikoni në disa fusha, sepse ato nuk kanë avantazhin e ngarkimit të rikuperimit të kundërt; SiC MOSFET gjithashtu përdoret gradualisht në automobila, ruajtjen e energjisë, grumbullin e karikimit, fotovoltaik dhe fusha të tjera; Në fushën e aplikimeve të automobilave, trendi i modularizimit po bëhet gjithnjë e më i dukshëm, performanca superiore e SiC duhet të mbështetet në proceset e avancuara të paketimit për të arritur, teknikisht me vulosje relativisht të pjekur të guaskës si rrjedha kryesore, e ardhmja ose zhvillimi i vulosjes plastike , karakteristikat e tij të personalizuara të zhvillimit janë më të përshtatshme për modulet SiC.
Shpejtësia e rënies së çmimit të karabit të silikonit ose përtej imagjinatës
Aplikimi i pajisjeve të karabit të silikonit kufizohet kryesisht nga kostoja e lartë, çmimi i SiC MOSFET nën të njëjtin nivel është 4 herë më i lartë se ai i IGBT me bazë Si, kjo për shkak se procesi i karabit të silikonit është kompleks, në të cilin rritja e një kristal dhe epitaksial nuk është vetëm i ashpër ndaj mjedisit, por edhe ritmi i rritjes është i ngadaltë, dhe përpunimi i kristalit të vetëm në substrat duhet të kalojë përmes procesit të prerjes dhe lustrimit. Bazuar në karakteristikat e veta materiale dhe teknologjinë e papjekur të përpunimit, rendimenti i substratit të brendshëm është më pak se 50%, dhe faktorë të ndryshëm çojnë në çmime të larta të substratit dhe epitaksial.
Sidoqoftë, përbërja e kostos së pajisjeve të karbitit të silikonit dhe pajisjeve me bazë silikoni është diametralisht e kundërt, kostot e nënshtresës dhe epitaksiale të kanalit të përparmë përbëjnë përkatësisht 47% dhe 23% të të gjithë pajisjes, që arrijnë në rreth 70%, dizajni i pajisjes, prodhimi dhe lidhjet mbyllëse të kanalit të pasmë përbëjnë vetëm 30%, kostoja e prodhimit të pajisjeve me bazë silikoni është e përqendruar kryesisht në prodhimin e vaferës së kanalit të pasmë rreth 50%, dhe kostoja e nënshtresës përbën vetëm 7%. Fenomeni i vlerës së zinxhirit të industrisë së karabit të silikonit me kokë poshtë do të thotë që prodhuesit e epitaksisë së substratit në rrjedhën e sipërme kanë të drejtën thelbësore të flasin, gjë që është çelësi i paraqitjes së ndërmarrjeve vendase dhe të huaja.
Nga pikëpamja dinamike në treg, ulja e kostos së karabit të silikonit, përveç përmirësimit të procesit të kristalit të gjatë dhe prerjes së karabit të silikonit, është zgjerimi i madhësisë së vaferit, që është edhe rruga e pjekur e zhvillimit të gjysmëpërçuesve në të kaluarën. Të dhënat e Wolfspeed tregojnë se substrati i karbitit të silikonit përmirësohet nga 6 inç në 8 inç, prodhimi i kualifikuar i çipave mund të rritet me 80%-90% dhe të ndihmojë në përmirësimin e rendimentit. Mund të zvogëlojë koston e kombinuar të njësisë me 50%.
2023 njihet si "viti i parë 8 inç SiC", këtë vit, prodhuesit vendas dhe të huaj të karabit të silikonit po përshpejtojnë paraqitjen e karabit të silikonit 8 inç, siç është investimi i çmendur i Wolfspeed prej 14.55 miliardë dollarë amerikanë për zgjerimin e prodhimit të karabit të silikonit, një pjesë e rëndësishme e së cilës është ndërtimi i fabrikës së prodhimit të substratit SiC 8 inç, Për të siguruar furnizimin në të ardhmen me metal të zhveshur SiC 200 mm për një sërë kompanish; Domestic Tianyue Advanced dhe Tianke Heda kanë nënshkruar gjithashtu marrëveshje afatgjata me Infineon për të furnizuar në të ardhmen nënshtresa karabit silikoni 8 inç.
Duke filluar nga ky vit, karabidi i silikonit do të përshpejtohet nga 6 inç në 8 inç, Wolfspeed pret që deri në vitin 2024, kostoja e çipit për njësi të substratit 8 inç krahasuar me koston e çipit për njësi të substratit 6 inç në 2022 do të reduktohet me më shumë se 60% , dhe rënia e kostos do të hapë më tej tregun e aplikacioneve, theksuan të dhënat e kërkimit të Ji Bond Consulting. Pjesa aktuale e tregut të produkteve 8 inç është më pak se 2%, dhe pjesa e tregut pritet të rritet në rreth 15% deri në vitin 2026.
Në fakt, shkalla e rënies së çmimit të substratit të karabit të silikonit mund të tejkalojë imagjinatën e shumë njerëzve, oferta aktuale e tregut e substratit 6 inç është 4000-5000 juan/copë, krahasuar me fillimin e vitit ka rënë shumë, është pritet të bjerë nën 4000 juanë vitin e ardhshëm, vlen të përmendet se disa prodhues për të marrë tregun e parë, e kanë ulur çmimin e shitjes në linjën e kostos më poshtë, Hapi modelin e luftës së çmimeve, kryesisht të përqendruar në nënshtresën e karbitit të silikonit Furnizimi ka qenë relativisht i mjaftueshëm në fushën e tensionit të ulët, prodhuesit vendas dhe të huaj po zgjerojnë në mënyrë agresive kapacitetin e prodhimit, ose lejojnë që substrati i karbitit të silikonit të mbifurnizohet më herët se sa imagjinohej.
Koha e postimit: Jan-19-2024