Увод у силицијум карбид
Силицијум карбид (СиЦ) је сложени полупроводнички материјал састављен од угљеника и силицијума, који је један од идеалних материјала за израду уређаја високе температуре, високе фреквенције, велике снаге и високог напона.У поређењу са традиционалним силицијумским материјалом (Си), зазор силицијум карбида је 3 пута већи од силицијумског.Топлотна проводљивост је 4-5 пута већа од силицијума;Напон пробоја је 8-10 пута већи од силицијумског;Стопа дрифта електронског засићења је 2-3 пута већа од силикона, што задовољава потребе савремене индустрије за велику снагу, висок напон и високу фреквенцију.Углавном се користи за производњу електронских компоненти велике брзине, високе фреквенције, велике снаге и светлости.Низводна поља примене укључују паметну мрежу, нова енергетска возила, фотонапонску енергију ветра, 5Г комуникацију, итд. Силицијум карбидне диоде и МОСФЕТ-ови су комерцијално примењени.
Отпорност на високе температуре.Ширина појаса силицијум карбида је 2-3 пута већа од силицијум, електрони се не прелазе лако на високим температурама и могу да издрже веће радне температуре, а топлотна проводљивост силицијум карбида је 4-5 пута већа од силицијум, олакшавајући одвођење топлоте уређаја и вишом граничну радну температуру.Отпорност на високу температуру може значајно повећати густину снаге док истовремено смањује захтеве система за хлађење, чинећи терминал лакшим и мањим.
Издржати висок притисак.Јачина електричног поља силицијум карбида при пробоју је 10 пута већа од силицијум, који може издржати веће напоне и погоднији је за високонапонске уређаје.
Отпор високе фреквенције.Силицијум карбид има двоструко већу брзину дрифта електрона у односу на силицијум, што доводи до одсуства опадања струје током процеса гашења, што може ефикасно да побољша фреквенцију пребацивања уређаја и оствари минијатуризацију уређаја.
Мали губитак енергије.У поређењу са силицијумским материјалом, силицијум карбид има веома низак отпор и низак губитак.У исто време, велика ширина појаса силицијум карбида у великој мери смањује струју цурења и губитак снаге.Поред тога, уређај од силицијум карбида нема феномен заостајања струје током процеса искључивања, а губитак при пребацивању је низак.
Ланац индустрије силицијум карбида
Углавном укључује супстрат, епитаксију, дизајн уређаја, производњу, заптивање и тако даље.Силицијум карбид од материјала до полупроводничког уређаја за напајање ће доживети раст једног кристала, резање ингота, епитаксијални раст, дизајн плочице, производњу, паковање и друге процесе.Након синтезе праха силицијум карбида, прво се прави ингот силицијум карбида, а затим се супстрат силицијум карбида добија резањем, млевењем и полирањем, а епитаксијални лим се добија епитаксијалним растом.Епитаксијална плочица је направљена од силицијум карбида кроз литографију, нагризање, јонску имплантацију, пасивизацију метала и друге процесе, плочица се исече у калупе, уређај се пакује, а уређај се комбинује у посебну шкољку и склапа у модул.
Узводно од индустријског ланца 1: супстрат – раст кристала је кључна карика процеса
Подлога од силицијум карбида чини око 47% трошкова уређаја од силицијум карбида, највеће производне техничке баријере, највећа вредност, језгро будуће велике индустријализације СиЦ-а.
Из перспективе разлика у електрохемијским својствима, материјали супстрата од силицијум карбида могу се поделити на проводне подлоге (област отпорности 15~30мΩ·цм) и полуизоловане подлоге (отпорност већа од 105Ω·цм).Ове две врсте супстрата се користе за производњу дискретних уређаја као што су уређаји за напајање и уређаји за радио фреквенцију након епитаксијалног раста.Међу њима, полуизоловани супстрат од силицијум карбида се углавном користи у производњи РФ уређаја са галијум нитридом, фотоелектричних уређаја и тако даље.Узгајањем ган епитаксијалног слоја на полуизолованој СИЦ подлози, припрема се сиц епитаксијална плоча, која се даље може припремити у ХЕМТ ган изо-нитрид РФ уређаје.Проводна подлога од силицијум карбида се углавном користи у производњи енергетских уређаја.За разлику од традиционалног процеса производње уређаја за напајање силицијум карбида, уређај за напајање од силицијум карбида не може се направити директно на подлози од силицијум карбида, епитаксијални слој од силицијум карбида треба да се узгаја на проводној подлози да би се добио епитаксијални слој од силицијум карбида, а епитаксијални слој слој се производи на Шотки диоди, МОСФЕТ-у, ИГБТ и другим енергетским уређајима.
Силицијум карбид прах је синтетизован из угљеничног праха високе чистоће и силицијум праха високе чистоће, а различите величине ингота силицијум карбида су узгајане под посебним температурним пољем, а затим је супстрат силицијум карбида произведен кроз више процеса обраде.Основни процес укључује:
Синтеза сировог материјала: Силицијум у праху високе чистоће + тонер се меша према формули, а реакција се изводи у реакционој комори под условима високе температуре изнад 2000°Ц да би се синтетизовале честице силицијум карбида са специфичним типом кристала и честицама величина.Затим кроз дробљење, скрининг, чишћење и друге процесе, како би се испунили захтеви за сировине силицијум карбидног праха високе чистоће.
Раст кристала је основни процес производње супстрата од силицијум карбида, који одређује електрична својства супстрата од силицијум карбида.Тренутно, главне методе за раст кристала су физички пренос паре (ПВТ), високотемпературно хемијско таложење паре (ХТ-ЦВД) и епитаксија течне фазе (ЛПЕ).Међу њима, ПВТ метода је тренутно главна метода за комерцијални раст СиЦ супстрата, са највишом техничком зрелошћу и најшире коришћеном у инжењерингу.
Припрема СиЦ супстрата је тешка, што доводи до његове високе цене
Контрола температурног поља је тешка: за раст Си кристалног штапа потребно је само 1500℃, док СиЦ кристални штап треба да се узгаја на високој температури изнад 2000℃, а постоји више од 250 СиЦ изомера, али главна 4Х-СиЦ монокристална структура за производња енергетских уређаја, ако не и прецизна контрола, добиће друге кристалне структуре.Поред тога, температурни градијент у лончићу одређује брзину сублимационог трансфера СиЦ и распоред и начин раста гасовитих атома на интерфејсу кристала, што утиче на брзину раста кристала и квалитет кристала, па је неопходно формирати систематско температурно поље. технологија управљања.У поређењу са Си материјалима, разлика у производњи СиЦ је такође у процесима високе температуре као што су високотемпературна имплантација јона, високотемпературна оксидација, високотемпературна активација и процес тврде маске који захтевају ови високотемпературни процеси.
Споро раст кристала: брзина раста Си кристалног штапа може да достигне 30 ~ 150 мм / х, а производња силицијумске кристалне шипке од 1-3 м траје само око 1 дан;СиЦ кристална шипка са ПВТ методом као пример, стопа раста је око 0,2-0,4 мм / х, 7 дана да расте мање од 3-6 цм, стопа раста је мања од 1% силицијумског материјала, производни капацитет је изузетно ограничен.
Високи параметри производа и низак принос: основни параметри СиЦ супстрата укључују густину микротубула, густину дислокација, отпорност, искривљеност, храпавост површине, итд. То је сложен систем инжењеринга за распоређивање атома у затвореној високотемпературној комори и потпуни раст кристала, док контролише индексе параметара.
Материјал има велику тврдоћу, високу ломљивост, дуго време сечења и велико хабање: СиЦ Мохс тврдоћа од 9,25 је друга после дијаманта, што доводи до значајног повећања тежине сечења, брушења и полирања, а потребно је око 120 сати да се исећи 35-40 комада ингота дебљине 3цм.Поред тога, због високе крхкости СиЦ-а, хабање обраде плочица ће бити веће, а однос излаза је само око 60%.
Тренд развоја: повећање величине + смањење цене
Глобална СиЦ тржишна производна линија од 6 инча сазрева, а водеће компаније су ушле на тржиште од 8 инча.Домаћи развојни пројекти су углавном 6 инча.Тренутно, иако се већина домаћих компанија још увек заснива на производним линијама од 4 инча, али индустрија се постепено шири на 6 инча, са зрелошћу технологије пратеће опреме од 6 инча, домаћа технологија супстрата СиЦ такође постепено побољшава економију скала великих производних линија ће се одразити, а тренутна домаћа 6-инчна масовна производња временског јаза се сузила на 7 година.Већа величина плочице може довести до повећања броја појединачних чипова, побољшања стопе приноса и смањења удела ивичних чипова, а трошкови истраживања и развоја и губитак приноса ће се одржати на око 7%, чиме ће се побољшати плочица коришћење.
Још увек постоје многе потешкоће у дизајну уређаја
Комерцијализација СиЦ диода се постепено побољшава, тренутно је велики број домаћих произвођача дизајнирао СиЦ СБД производе, СиЦ СБД производи средњег и високог напона имају добру стабилност, у возилу ОБЦ, употреба СиЦ СБД + СИ ИГБТ за постизање стабилне густина струје.Тренутно не постоје препреке у дизајну патента СиЦ СБД производа у Кини, а јаз са страним земљама је мали.
СиЦ МОС и даље има много потешкоћа, још увек постоји јаз између СиЦ МОС-а и иностраних произвођача, а релевантна производна платформа је још увек у изградњи.Тренутно, СТ, Инфинеон, Рохм и други 600-1700В СиЦ МОС су постигли масовну производњу и потписали и испоручили са многим производним индустријама, док је тренутни домаћи СиЦ МОС дизајн у основи завршен, велики број произвођача дизајна ради са фабрикама у фаза протока плочице, а каснија верификација купаца и даље треба неко време, тако да је још доста времена од велике комерцијализације.
Тренутно је планарна структура главни избор, а тип ровова се широко користи у области високог притиска у будућности.Планарна структура Произвођачи СиЦ МОС-а су многи, планарна структура није лако произвести локалне проблеме с кваром у поређењу са жлебом, што утиче на стабилност рада, на тржишту испод 1200В има широк спектар вредности примене, а планарна структура је релативно једноставан у производњи, како би се задовољила два аспекта производности и контроле трошкова.Жлебни уређај има предности изузетно ниске паразитске индуктивности, велике брзине пребацивања, малих губитака и релативно високих перформанси.
2 -- Вести о СиЦ плочицама
Тржишна производња и раст продаје силицијум карбида, обратите пажњу на структурну неравнотежу између понуде и потражње
Са брзим растом потражње тржишта за високофреквентном и високом електроником снаге, физичко ограничење уско грло полупроводничких уређаја заснованих на силицијуму постепено је постало истакнуто, а полупроводнички материјали треће генерације представљени силицијум карбидом (СиЦ) су постепено постати индустријализовани.Са становишта перформанси материјала, силицијум карбид има 3 пута већу ширину појаса од силицијумског материјала, 10 пута већу јачину електричног поља критичног пропада, 3 пута већу топлотну проводљивост, тако да су уређаји за напајање од силицијум карбида погодни за високе фреквенције, висок притисак, високе температуре и друге примене, помажу да се побољша ефикасност и густина снаге енергетских електронских система.
Тренутно су СиЦ диоде и СиЦ МОСФЕТ-ови постепено прешли на тржиште, а постоје и зрелији производи, међу којима се СиЦ диоде широко користе уместо диода на бази силицијума у неким областима јер немају предност повратног пуњења за опоравак;СиЦ МОСФЕТ се такође постепено користи у аутомобилској индустрији, складиштењу енергије, пуњачима, фотонапонским и другим пољима;У области аутомобилских апликација, тренд модуларизације постаје све истакнутији, супериорне перформансе СиЦ-а треба да се ослањају на напредне процесе паковања да би се постигло, технички са релативно зрелим заптивачем као главним током, будућност или развој пластичних заптивања , његове прилагођене развојне карактеристике су погодније за СиЦ модуле.
Брзина пада цене силицијум карбида или је изван маште
Примена уређаја од силицијум карбида углавном је ограничена високим трошковима, цена СиЦ МОСФЕТ-а испод истог нивоа је 4 пута већа од цене ИГБТ базираног на Си, то је зато што је процес силицијум карбида сложен, у којем расте монокристална и епитаксијална не само да су оштра за околину, већ је и брзина раста спора, а обрада монокристала у подлогу мора проћи кроз процес сечења и полирања.На основу сопствених карактеристика материјала и незреле технологије обраде, принос домаће подлоге је мањи од 50%, а различити фактори доводе до високих цена супстрата и епитаксија.
Међутим, састав трошкова уређаја од силицијум карбида и уређаја на бази силицијума је дијаметрално супротан, трошкови супстрата и епитаксија предњег канала чине 47% и 23% целокупног уређаја, респективно, укупно око 70%, дизајн уређаја, производња и заптивне везе задњег канала чине само 30%, трошкови производње уређаја на бази силицијума су углавном концентрисани у производњи плоча задњег канала око 50%, а трошкови подлоге чине само 7%.Феномен вредности ланца индустрије силицијум карбида наопако значи да узводни произвођачи епитаксије супстрата имају основно право да говоре, што је кључно за распоред домаћих и страних предузећа.
Са динамичке тачке гледишта на тржишту, смањење трошкова силицијум карбида, поред побољшања дугог кристала силицијум карбида и процеса резања, је проширење величине плочице, што је такође зрео пут развоја полупроводника у прошлости, Волфспеед подаци показују да надоградња подлоге од силицијум карбида са 6 инча на 8 инча, квалификована производња чипова може да се повећа за 80%-90% и да помогне у побољшању приноса.Може смањити комбиновани јединични трошак за 50%.
2023 је позната као "прва година СиЦ од 8 инча", ове године домаћи и страни произвођачи силицијум карбида убрзавају распоред 8-инчног силицијум карбида, као што је Волфспеед луда инвестиција од 14,55 милијарди америчких долара за проширење производње силицијум карбида, чији је важан део изградња фабрике за производњу СиЦ супстрата од 8 инча, како би се обезбедило будуће снабдевање 200 мм СиЦ голог метала бројним компанијама;Домаће компаније Тианиуе Адванцед и Тианке Хеда такође су потписале дугорочне уговоре са Инфинеоном о испоруци 8-инчних подлога од силицијум карбида у будућности.
Почевши од ове године, силицијум карбид ће се убрзати са 6 инча на 8 инча, Волфспеед очекује да ће до 2024. године цена јединице чипа за супстрат од 8 инча у поређењу са ценом јединичног чипа супстрата од 6 инча у 2022. бити смањена за више од 60% , а пад трошкова ће додатно отворити тржиште апликација, истичу подаци истраживања Ји Бонд Цонсултинг-а.Тренутни тржишни удео 8-инчних производа је мањи од 2%, а очекује се да ће тржишни удео порасти на око 15% до 2026. године.
У ствари, стопа пада цене подлоге од силицијум карбида може премашити машту многих људи, тренутна тржишна понуда 6-инчног супстрата је 4000-5000 јуана по комаду, у поређењу са почетком године је много пала, је Очекује се да ће следеће године пасти испод 4000 јуана, вреди напоменути да су неки произвођачи, како би добили прво тржиште, смањили продајну цену на линију трошкова испод, отворили модел рата ценама, углавном концентрисаног у супстрату од силицијум карбида снабдевање је било релативно довољно у пољу ниског напона, домаћи и страни произвођачи агресивно проширују производне капацитете, или пуштају да супстрат од силицијум карбида буде у фази прекомерног снабдевања раније него што је замишљено.
Време поста: Јан-19-2024