Inleiding tot silikonkarbied
Silikonkarbied (SiC) is 'n saamgestelde halfgeleiermateriaal wat uit koolstof en silikon bestaan, wat een van die ideale materiale is vir die maak van toestelle met hoë temperatuur, hoë frekwensie, hoë krag en hoë spanning. In vergelyking met die tradisionele silikonmateriaal (Si), is die bandgaping van silikonkarbied 3 keer dié van silikon. Die termiese geleidingsvermoë is 4-5 keer dié van silikon; Die afbreekspanning is 8-10 keer dié van silikon; Die elektroniese versadigingsdryftempo is 2-3 keer dié van silikon, wat voldoen aan die behoeftes van die moderne industrie vir hoë krag, hoë spanning en hoë frekwensie. Dit word hoofsaaklik gebruik vir die vervaardiging van hoëspoed-, hoëfrekwensie-, hoëkrag- en liguitstralende elektroniese komponente. Die stroomaf toepassingsvelde sluit in slimnetwerk, nuwe energievoertuie, fotovoltaïese windkrag, 5G-kommunikasie, ens. Silikonkarbieddiodes en MOSFET's is kommersieel toegepas.
Hoë temperatuur weerstand. Die bandgapingwydte van silikonkarbied is 2-3 keer dié van silikon, die elektrone is nie maklik om by hoë temperature oor te skakel nie, en kan hoër bedryfstemperature weerstaan, en die termiese geleidingsvermoë van silikonkarbied is 4-5 keer dié van silikon, maak die toestel se hitte-afvoer makliker en die limiet bedryfstemperatuur hoër. Die hoë temperatuurweerstand kan kragdigtheid aansienlik verhoog terwyl die vereistes op die verkoelingstelsel verminder word, wat die terminaal ligter en kleiner maak.
Weerstaan hoë druk. Die afbreek-elektriese veldsterkte van silikonkarbied is 10 keer dié van silikon, wat hoër spannings kan weerstaan en meer geskik is vir hoëspanningstoestelle.
Hoë frekwensie weerstand. Silikonkarbied het 'n versadigde elektrondryftempo twee keer dié van silikon, wat lei tot die afwesigheid van stroomstert tydens die afskakelproses, wat die skakelfrekwensie van die toestel effektief kan verbeter en die miniaturisering van die toestel kan realiseer.
Lae energieverlies. In vergelyking met silikonmateriaal, het silikonkarbied baie lae weerstand en lae verlies. Terselfdertyd verminder die hoë bandgapingwydte van silikonkarbied die lekstroom en die kragverlies aansienlik. Daarbenewens het die silikonkarbiedtoestel nie 'n huidige sleepverskynsel tydens die afskakelproses nie, en die skakelverlies is laag.
Silikonkarbiedbedryfsketting
Dit sluit hoofsaaklik substraat, epitaksie, toestelontwerp, vervaardiging, verseëling ensovoorts in. Silikonkarbied van die materiaal na die halfgeleierkragtoestel sal enkelkristalgroei, ingotsny, epitaksiale groei, wafelontwerp, vervaardiging, verpakking en ander prosesse ervaar. Na die sintese van silikonkarbiedpoeier word die silikonkarbiedstaaf eers gemaak, en dan word die silikonkarbiedsubstraat verkry deur sny, slyp en poleer, en die epitaksiale plaat word verkry deur epitaksiale groei. Die epitaksiale wafer word van silikonkarbied gemaak deur litografie, ets, ioon-inplanting, metaalpassivering en ander prosesse, die wafer word in matrys gesny, die toestel word verpak en die toestel word in 'n spesiale dop gekombineer en in 'n module saamgestel.
Stroomop van die bedryfsketting 1: substraat - kristalgroei is die kernprosesskakel
Silikonkarbied substraat is verantwoordelik vir ongeveer 47% van die koste van silikonkarbied toestelle, die hoogste vervaardiging tegniese hindernisse, die grootste waarde, is die kern van die toekomstige grootskaalse industrialisasie van SiC.
Vanuit die perspektief van elektrochemiese eienskapsverskille, kan silikonkarbiedsubstraatmateriale verdeel word in geleidende substrate (weerstandsgebied 15~30mΩ·cm) en semi-geïsoleerde substrate (weerstandbaarheid hoër as 105Ω·cm). Hierdie twee soorte substrate word gebruik om afsonderlike toestelle soos kragtoestelle en radiofrekwensietoestelle onderskeidelik na epitaksiale groei te vervaardig. Onder hulle word semi-geïsoleerde silikonkarbiedsubstraat hoofsaaklik gebruik in die vervaardiging van galliumnitried RF-toestelle, foto-elektriese toestelle ensovoorts. Deur gan epitaksiale laag op semi-geïsoleerde SIC substraat te groei, word die sic epitaksiale plaat voorberei, wat verder voorberei kan word in HEMT gan iso-nitried RF toestelle. Geleidende silikonkarbiedsubstraat word hoofsaaklik gebruik in die vervaardiging van kragtoestelle. Anders as die tradisionele vervaardigingsproses van silikonkragtoestelle, kan die silikonkarbiedkragtoestel nie direk op die silikonkarbied-substraat gemaak word nie, die silikonkarbied-epitaksiale laag moet op die geleidende substraat gegroei word om die silikonkarbied-epitaksiale vel en die epitaksiale te verkry. laag word op die Schottky-diode, MOSFET, IGBT en ander kragtoestelle vervaardig.
Silikonkarbiedpoeier is gesintetiseer uit hoë suiwer koolstofpoeier en hoë suiwer silikonpoeier, en verskillende groottes silikonkarbied ingot is onder spesiale temperatuurveld gekweek, en dan is silikonkarbiedsubstraat deur verskeie verwerkingsprosesse geproduseer. Die kernproses sluit in:
Grondstofsintese: Die hoë-suiwer silikonpoeier + toner word volgens die formule gemeng, en die reaksie word uitgevoer in die reaksiekamer onder die hoë temperatuur toestand bo 2000 °C om die silikonkarbieddeeltjies met 'n spesifieke kristaltipe en deeltjie te sintetiseer grootte. Dan deur die vergruising, sifting, skoonmaak en ander prosesse, om aan die vereistes van hoë suiwer silikonkarbiedpoeiergrondstowwe te voldoen.
Kristalgroei is die kernproses van silikonkarbiedsubstraatvervaardiging, wat die elektriese eienskappe van silikonkarbiedsubstraat bepaal. Tans is die hoofmetodes vir kristalgroei fisiese dampoordrag (PVT), hoë temperatuur chemiese dampneerslag (HT-CVD) en vloeistoffase epitaksie (LPE). Onder hulle is PVT-metode tans die hoofstroommetode vir kommersiële groei van SiC-substraat, met die hoogste tegniese volwassenheid en die algemeenste in ingenieurswese.
Die voorbereiding van SiC-substraat is moeilik, wat lei tot die hoë prys daarvan
Temperatuurveldbeheer is moeilik: Si-kristalstaafgroei benodig slegs 1500 ℃, terwyl SiC-kristalstaaf teen 'n hoë temperatuur bo 2000 ℃ gekweek moet word, en daar is meer as 250 SiC-isomere, maar die hoof 4H-SiC-enkelkristalstruktuur vir die vervaardiging van kragtoestelle, indien nie presiese beheer nie, sal ander kristalstrukture kry. Daarbenewens bepaal die temperatuurgradiënt in die smeltkroes die tempo van SiC-sublimasie-oordrag en die rangskikking en groeimodus van gasagtige atome op die kristal-koppelvlak, wat die kristalgroeitempo en kristalkwaliteit beïnvloed, dus is dit nodig om 'n sistematiese temperatuurveld te vorm beheer tegnologie. In vergelyking met Si-materiale, is die verskil in SiC-produksie ook in hoë-temperatuur-prosesse soos hoë-temperatuur ioon-inplanting, hoë temperatuur oksidasie, hoë temperatuur aktivering, en die harde masker proses wat deur hierdie hoë temperatuur prosesse vereis word.
Stadige kristalgroei: die groeitempo van Si-kristalstaaf kan 30 ~ 150mm/h bereik, en die produksie van 1-3m silikonkristalstaaf neem slegs ongeveer 1 dag; SiC kristalstaaf met PVT-metode as 'n voorbeeld, die groeitempo is ongeveer 0.2-0.4mm/h, 7 dae om minder as 3-6cm te groei, die groeitempo is minder as 1% van die silikonmateriaal, die produksievermoë is uiters beperk.
Hoë produkparameters en lae opbrengs: die kernparameters van SiC-substraat sluit in mikrotubulidigtheid, ontwrigtingsdigtheid, weerstand, kromming, oppervlakruwheid, ens. Dit is 'n komplekse stelselingenieurswese om atome in 'n geslote hoëtemperatuurkamer te rangskik en kristalgroei te voltooi, terwyl parameter-indekse beheer word.
Die materiaal het 'n hoë hardheid, hoë brosheid, lang snytyd en hoë slytasie: SiC Mohs-hardheid van 9,25 is slegs tweede na diamant, wat lei tot 'n aansienlike toename in die moeilikheidsgraad van sny, slyp en poleer, en dit neem ongeveer 120 uur om sny 35-40 stukke van 'n 3 cm dik blokkie. Daarbenewens, as gevolg van die hoë brosheid van SiC, sal waferverwerkingsslytasie meer wees, en die uitsetverhouding is slegs sowat 60%.
Ontwikkelingstendens: Grootteverhoging + prysdaling
Die wêreldwye SiC-mark 6-duim-volume-produksielyn is besig om volwasse te word, en toonaangewende maatskappye het die 8-duim-mark betree. Binnelandse ontwikkelingsprojekte is hoofsaaklik 6 duim. Op die oomblik, alhoewel die meeste plaaslike maatskappye steeds op 4-duim-produksielyne gebaseer is, maar die bedryf geleidelik uitbrei na 6-duim, met die volwassenheid van 6-duim-ondersteunende toerustingtegnologie, verbeter binnelandse SiC-substraattegnologie ook die ekonomieë van skaal van groot-grootte produksie lyne sal weerspieël word, en die huidige binnelandse 6-duim massaproduksie tyd gaping het vernou tot 7 jaar. Die groter wafelgrootte kan 'n toename in die aantal enkelskyfies teweegbring, die opbrengskoers verbeter, en die proporsie randskyfies verminder, en die koste van navorsing en ontwikkeling en opbrengsverlies sal op ongeveer 7% gehandhaaf word, en sodoende wafer verbeter benutting.
Daar is nog baie probleme in toestelontwerp
Die kommersialisering van SiC-diode word geleidelik verbeter, tans het 'n aantal plaaslike vervaardigers SiC SBD-produkte ontwerp, medium- en hoëspanning SiC SBD-produkte het goeie stabiliteit, in die voertuig OBC, die gebruik van SiC SBD + SI IGBT om stabiele te bereik stroomdigtheid. Tans is daar geen hindernisse in die patentontwerp van SiC SBD-produkte in China nie, en die gaping met die buiteland is klein.
SiC MOS het nog baie probleme, daar is steeds 'n gaping tussen SiC MOS en oorsese vervaardigers, en die betrokke vervaardigingsplatform is nog in aanbou. Tans het ST, Infineon, Rohm en ander 600-1700V SiC MOS massaproduksie bereik en met baie vervaardigingsnywerhede onderteken en gestuur, terwyl die huidige binnelandse SiC MOS-ontwerp basies voltooi is, 'n aantal ontwerpvervaardigers werk met fabs by die wafer-vloeistadium, en later kliëntverifikasie het nog tyd nodig, so daar is nog 'n lang tyd van grootskaalse kommersialisering.
Tans is die planêre struktuur die hoofstroomkeuse, en die sloottipe word in die toekoms wyd in die hoëdrukveld gebruik. Planêre struktuur SiC MOS-vervaardigers is baie, die planêre struktuur is nie maklik om plaaslike afbreekprobleme te produseer in vergelyking met die groef nie, wat die stabiliteit van die werk beïnvloed, in die mark onder 1200V het 'n wye reeks toepassingswaarde, en die planêre struktuur is relatief eenvoudig in die vervaardiging einde, om te voldoen aan die vervaardigbaarheid en koste beheer twee aspekte. Die groeftoestel het die voordele van uiters lae parasitiese induktansie, vinnige skakelspoed, lae verlies en relatief hoë werkverrigting.
2--SiC wafer nuus
Silikonkarbied markproduksie en verkope groei, let op strukturele wanbalans tussen vraag en aanbod
Met die vinnige groei van die markvraag na hoëfrekwensie- en hoëkragkragelektronika, het die fisiese limietknelpunt van silikongebaseerde halfgeleiertoestelle geleidelik prominent geword, en die derdegenerasie-halfgeleiermateriale wat deur silikonkarbied (SiC) verteenwoordig word, het geleidelik geïndustrialiseer word. Uit die oogpunt van materiaalprestasie het silikonkarbied 3 keer die bandgapingwydte van silikonmateriaal, 10 keer die kritiese afbreek van elektriese veldsterkte, 3 keer die termiese geleidingsvermoë, dus is silikonkarbiedkragtoestelle geskik vir hoë frekwensie, hoë druk, hoë temperatuur en ander toepassings, help om die doeltreffendheid en kragdigtheid van krag elektroniese stelsels te verbeter.
Tans het SiC-diodes en SiC-MOSFET's geleidelik na die mark verskuif, en daar is meer volwasse produkte, waaronder SiC-diodes wyd gebruik word in plaas van silikon-gebaseerde diodes in sommige velde omdat hulle nie die voordeel van omgekeerde herstellading het nie; SiC MOSFET word ook geleidelik gebruik in motor-, energieberging, laaistapel, fotovoltaïese en ander velde; Op die gebied van motortoepassings word die neiging van modularisering meer en meer prominent, die voortreflike werkverrigting van SiC moet staatmaak op gevorderde verpakkingsprosesse om te bereik, tegnies met relatief volwasse dop verseëling as die hoofstroom, die toekoms of tot plastiek verseëling ontwikkeling , is sy pasgemaakte ontwikkelingskenmerke meer geskik vir SiC-modules.
Silikonkarbied prysdaling spoed of bo verbeelding
Die toepassing van silikonkarbiedtoestelle word hoofsaaklik beperk deur die hoë koste, die prys van SiC MOSFET onder dieselfde vlak is 4 keer hoër as dié van Si-gebaseerde IGBT, dit is omdat die proses van silikonkarbied kompleks is, waarin die groei van enkelkristal en epitaksiaal is nie net hard op die omgewing nie, maar ook die groeitempo is stadig, en die enkelkristalverwerking in die substraat moet deur die sny- en poleerproses gaan. Op grond van sy eie materiaalkenmerke en onvolwasse verwerkingstegnologie is die opbrengs van huishoudelike substraat minder as 50%, en verskeie faktore lei tot hoë substraat- en epitaksiale pryse.
Die kostesamestelling van silikonkarbiedtoestelle en silikongebaseerde toestelle is egter diametraal teenoorgesteld, die substraat- en epitaksiale koste van die voorste kanaal beslaan onderskeidelik 47% en 23% van die hele toestel, altesaam ongeveer 70%, die toestelontwerp, vervaardiging en seëlskakels van die agterkanaal slegs 30% uitmaak, is die produksiekoste van silikongebaseerde toestelle hoofsaaklik gekonsentreer in die wafer vervaardiging van die agterste kanaal ongeveer 50%, en die substraat koste is verantwoordelik vir slegs 7%. Die verskynsel van die waarde van silikonkarbied-industrieketting onderstebo beteken dat stroomop substraat-epitaxy-vervaardigers die kernreg het om te praat, wat die sleutel tot die uitleg van binnelandse en buitelandse ondernemings is.
Vanuit die dinamiese oogpunt op die mark, die vermindering van die koste van silikonkarbied, benewens die verbetering van die silikonkarbied lang kristal en snyproses, is om die wafelgrootte uit te brei, wat ook die volwasse pad van halfgeleierontwikkeling in die verlede is, Wolfspeed-data toon dat die silikonkarbiedsubstraat opgradeer van 6 duim na 8 duim, gekwalifiseerde chipproduksie kan verhoog met 80%-90%, en help om die opbrengs te verbeter. Kan die gekombineerde eenheidskoste met 50% verminder.
2023 staan bekend as die "8-duim SiC eerste jaar", hierdie jaar, binnelandse en buitelandse silikonkarbied vervaardigers versnel die uitleg van 8-duim silikonkarbied, soos Wolfspeed mal belegging van 14,55 miljard Amerikaanse dollars vir silikonkarbied produksie uitbreiding, 'n belangrike deel daarvan is die konstruksie van 8-duim SiC-substraatvervaardigingsaanleg, Om die toekomstige aanbod van 200 te verseker mm SiC kaal metaal aan 'n aantal maatskappye; Binnelandse Tianyue Advanced en Tianke Heda het ook langtermynooreenkomste met Infineon onderteken om 8-duim silikonkarbiedsubstrate in die toekoms te verskaf.
Vanaf hierdie jaar sal silikonkarbied van 6 duim tot 8 duim versnel, Wolfspeed verwag dat die eenheidskyfiekoste van 8 duim substraat teen 2024 in vergelyking met die eenheidskyfiekoste van 6 duim substraat in 2022 met meer as 60% verminder sal word. , en die kostedaling sal die toepassingsmark verder oopmaak, het Ji Bond Consulting-navorsingsdata uitgewys. Die huidige markaandeel van 8-duim-produkte is minder as 2%, en die markaandeel sal na verwagting teen 2026 tot ongeveer 15% groei.
Trouens, die tempo van daling in die prys van silikonkarbied substraat kan baie mense se verbeelding oorskry, die huidige mark aanbod van 6-duim substraat is 4000-5000 yuan/stuk, in vergelyking met die begin van die jaar het baie gedaal, is na verwagting volgende jaar onder 4000 yuan daal, is dit opmerklik dat sommige vervaardigers die verkoopprys tot die koste verlaag het om die eerste mark te kry. lyn hieronder, Geopen die model van die prys oorlog, hoofsaaklik gekonsentreer in die silikonkarbied substraat aanbod is relatief voldoende in die lae-spanning veld, binnelandse en buitelandse vervaardigers is aggressief uit te brei produksie kapasiteit, of laat die silikonkarbied substraat ooraanbod stadium vroeër as verbeeld.
Pos tyd: Jan-19-2024