Introduzzjoni għall-karbur tas-silikon
Karbur tas-silikon (SiC) huwa materjal semikonduttur kompost magħmul minn karbonju u silikon, li huwa wieħed mill-materjali ideali biex isiru tagħmir ta 'temperatura għolja, frekwenza għolja, qawwa għolja u vultaġġ għoli.Meta mqabbel mal-materjal tas-silikon tradizzjonali (Si), id-distakk tal-faxxa tal-karbur tas-silikon huwa 3 darbiet dak tas-silikon.Il-konduttività termali hija 4-5 darbiet dik tas-silikon;Il-vultaġġ tat-tqassim huwa 8-10 darbiet dak tas-silikon;Ir-rata tad-drift tas-saturazzjoni elettronika hija 2-3 darbiet dik tas-silikon, li tissodisfa l-ħtiġijiet tal-industrija moderna għal qawwa għolja, vultaġġ għoli u frekwenza għolja.Jintuża prinċipalment għall-produzzjoni ta 'komponenti elettroniċi ta' veloċità għolja, ta 'frekwenza għolja, ta' qawwa għolja u li jarmu d-dawl.L-oqsma ta 'applikazzjoni downstream jinkludu grid intelliġenti, vetturi tal-enerġija ġodda, enerġija mir-riħ fotovoltajka, komunikazzjoni 5G, eċċ. Diodes tal-karbur tas-silikon u MOSFETs ġew applikati kummerċjalment.
Reżistenza għat-temperatura għolja.Il-wisa 'tal-faxxa tal-karbur tas-silikon hija 2-3 darbiet dik tas-silikon, l-elettroni mhumiex faċli biex jgħaddu f'temperaturi għoljin, u jistgħu jifilħu temperaturi operattivi ogħla, u l-konduttività termali tal-karbur tas-silikon hija 4-5 darbiet dik tas-silikon, tagħmel id-dissipazzjoni tas-sħana tal-apparat aktar faċli u t-temperatura operattiva tal-limitu ogħla.Ir-reżistenza għat-temperatura għolja tista 'żżid b'mod sinifikanti d-densità tal-qawwa filwaqt li tnaqqas ir-rekwiżiti fuq is-sistema tat-tkessiħ, u tagħmel it-terminal eħfef u iżgħar.
Jiflaħ pressjoni għolja.Il-qawwa tal-kamp elettriku tat-tqassim tal-karbur tas-silikon hija 10 darbiet dik tas-silikon, li jista 'jiflaħ vultaġġi ogħla u huwa aktar adattat għal apparati ta' vultaġġ għoli.
Reżistenza ta 'frekwenza għolja.Il-karbur tas-silikon għandu rata ta 'drift ta' elettroni saturata darbtejn dik tas-silikon, li tirriżulta fin-nuqqas ta 'tailing kurrenti matul il-proċess ta' għeluq, li jista 'jtejjeb b'mod effettiv il-frekwenza tal-bidla tal-apparat u jirrealizza l-minjaturizzazzjoni tal-apparat.
Telf baxx ta 'enerġija.Meta mqabbel ma 'materjal tas-silikon, il-karbur tas-silikon għandu reżistenza baxxa ħafna u telf baxx.Fl-istess ħin, il-wisa 'faxxa għolja tal-karbur tas-silikon inaqqas ħafna l-kurrent ta' tnixxija u t-telf ta 'enerġija.Barra minn hekk, l-apparat tal-karbur tas-silikon m'għandux fenomenu ta 'trailing kurrenti matul il-proċess ta' għeluq, u t-telf tal-bidla huwa baxx.
Katina tal-industrija tal-karbur tas-silikon
Prinċipalment jinkludi sottostrat, epitassi, disinn ta 'apparat, manifattura, siġillar eċċ.Il-karbur tas-silikon mill-materjal għall-apparat tal-qawwa tas-semikondutturi se jesperjenza tkabbir ta 'kristall wieħed, tqattigħ tal-ingotti, tkabbir epitassjali, disinn tal-wejfer, manifattura, ippakkjar u proċessi oħra.Wara s-sintesi tat-trab tal-karbur tas-silikon, l-ingott tal-karbur tas-silikon isir l-ewwel, u mbagħad is-sottostrat tal-karbur tas-silikon jinkiseb bit-tqattigħ, it-tħin u l-illustrar, u l-folja epitassjali tinkiseb permezz ta 'tkabbir epitassjali.Il-wejfer epitassjali huwa magħmul minn karbur tas-silikon permezz ta 'litografija, inċiżjoni, impjantazzjoni tal-jone, passivazzjoni tal-metall u proċessi oħra, il-wejfer huwa maqtugħ f'die, l-apparat huwa ppakkjat, u l-apparat huwa kkombinat f'qoxra speċjali u mmuntat f'modulu.
Upstream tal-katina tal-industrija 1: sottostrat - it-tkabbir tal-kristall huwa r-rabta tal-proċess tal-qalba
Is-sottostrat tal-karbur tas-silikon jammonta għal madwar 47% tal-ispiża tal-apparati tal-karbur tas-silikon, l-ogħla barrieri tekniċi tal-manifattura, l-akbar valur, huwa l-qalba tal-industrijalizzazzjoni futura fuq skala kbira tas-SiC.
Mill-perspettiva tad-differenzi tal-proprjetà elettrokimika, materjali tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon jistgħu jinqasmu f'sottostrati konduttivi (reġjun ta 'reżistività 15 ~ 30mΩ·cm) u substrati semi-insulati (reżistività ogħla minn 105Ω·cm).Dawn iż-żewġ tipi ta 'sottostrati huma użati għall-manifattura ta' apparati diskreti bħal apparati ta 'enerġija u apparati ta' frekwenza tar-radju rispettivament wara tkabbir epitassjali.Fost dawn, is-sottostrat tal-karbur tas-silikon semi-insulat jintuża prinċipalment fil-manifattura ta 'apparati RF tan-nitrur tal-gallju, apparati fotoelettriċi eċċ.Billi jikber gan epitaxial saff fuq semi-insulati SIC substrat, il-pjanċa epitaxial sic hija ppreparata, li jistgħu jiġu ppreparati aktar f'apparati RF HEMT gan iso-nitrude.Is-sottostrat tal-karbur tas-silikon konduttiv jintuża prinċipalment fil-manifattura ta 'apparati tal-enerġija.Differenti mill-proċess tal-manifattura tradizzjonali tal-apparat tal-qawwa tas-silikon, l-apparat tal-qawwa tal-karbur tas-silikon ma jistax isir direttament fuq is-sottostrat tal-karbur tas-silikon, is-saff epitassjali tal-karbur tas-silikon jeħtieġ li jitkabbar fuq is-sottostrat konduttiv biex tinkiseb il-folja epitassjali tal-karbur tas-silikon, u l-epitassjali saff huwa manifatturat fuq id-dijodu Schottky, MOSFET, IGBT u apparati oħra ta 'enerġija.
Trab tal-karbur tas-silikon ġie sintetizzat minn trab tal-karbonju ta 'purità għolja u trab tas-silikon ta' purità għolja, u daqsijiet differenti ta 'ingott tal-karbur tas-silikon tkabbru taħt qasam ta' temperatura speċjali, u mbagħad is-sottostrat tal-karbur tas-silikon ġie prodott permezz ta 'proċessi ta' proċessar multipli.Il-proċess ewlieni jinkludi:
Sinteżi tal-materja prima: It-trab tas-silikon ta 'purità għolja + toner huwa mħallat skond il-formula, u r-reazzjoni titwettaq fil-kamra tar-reazzjoni taħt il-kundizzjoni ta' temperatura għolja 'l fuq minn 2000 ° C biex tisintetizza l-partiċelli tal-karbur tas-silikon b'tip u partiċelli speċifiċi tal-kristall daqs.Imbagħad permezz tat-tgħaffiġ, screening, tindif u proċessi oħra, biex tissodisfa r-rekwiżiti ta 'materja prima tat-trab tal-karbur tas-silikon ta' purità għolja.
It-tkabbir tal-kristall huwa l-proċess ewlieni tal-manifattura tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon, li jiddetermina l-proprjetajiet elettriċi tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon.Fil-preżent, il-metodi ewlenin għat-tkabbir tal-kristall huma trasferiment fiżiku tal-fwar (PVT), depożizzjoni ta 'fwar kimiku f'temperatura għolja (HT-CVD) u epitassi tal-fażi likwida (LPE).Fost dawn, il-metodu PVT huwa l-metodu mainstream għat-tkabbir kummerċjali tas-sottostrat tas-SiC fil-preżent, bl-ogħla maturità teknika u l-aktar użata fl-inġinerija.
Il-preparazzjoni tas-sottostrat tas-SiC hija diffiċli, li twassal għall-prezz għoli tagħha
Il-kontroll tal-kamp tat-temperatura huwa diffiċli: it-tkabbir tal-virga tal-kristall Si jeħtieġ biss 1500 ℃, filwaqt li l-virga tal-kristall SiC jeħtieġ li titkabbar f'temperatura għolja 'l fuq minn 2000 ℃, u hemm aktar minn 250 isomer SiC, iżda l-istruttura ewlenija tal-kristall wieħed 4H-SiC għal il-produzzjoni ta 'apparati ta' enerġija, jekk mhux kontroll preċiż, se tikseb strutturi oħra tal-kristall.Barra minn hekk, il-gradjent tat-temperatura fil-griġjol jiddetermina r-rata tat-trasferiment tas-sublimazzjoni tas-SiC u l-arranġament u l-mod tat-tkabbir tal-atomi tal-gass fuq l-interface tal-kristall, li jaffettwa r-rata tat-tkabbir tal-kristall u l-kwalità tal-kristall, għalhekk huwa meħtieġ li jiġi ffurmat qasam tat-temperatura sistematiku teknoloġija tal-kontroll.Meta mqabbel ma 'materjali Si, id-differenza fil-produzzjoni tas-SiC hija wkoll fi proċessi ta' temperatura għolja bħal impjantazzjoni ta 'jone f'temperatura għolja, ossidazzjoni ta' temperatura għolja, attivazzjoni ta 'temperatura għolja, u l-proċess ta' maskra iebsa meħtieġ minn dawn il-proċessi ta 'temperatura għolja.
Tkabbir bil-mod tal-kristall: ir-rata ta 'tkabbir tal-virga tal-kristall Si tista' tilħaq 30 ~ 150mm/h, u l-produzzjoni ta 'virga tal-kristall tas-silikon ta' 1-3m tieħu biss madwar ġurnata;Virga tal-kristall SiC bil-metodu PVT bħala eżempju, ir-rata tat-tkabbir hija madwar 0.2-0.4mm/h, 7 ijiem biex tikber inqas minn 3-6cm, ir-rata tat-tkabbir hija inqas minn 1% tal-materjal tas-silikon, il-kapaċità tal-produzzjoni hija estremament limitati.
Parametri għolja tal-prodott u rendiment baxx: il-parametri ewlenin tas-sottostrat tas-SiC jinkludu densità tal-mikrotubuli, densità ta 'dislokazzjoni, resistività, warpage, ħruxija tal-wiċċ, eċċ. Hija sistema ta' inġinerija kumplessa biex tirranġa l-atomi f'kamra magħluqa ta 'temperatura għolja u tkabbir sħiħ tal-kristall, filwaqt li tikkontrolla l-indiċi tal-parametri.
Il-materjal għandu ebusija għolja, fraġilità għolja, ħin ta 'qtugħ twil u xedd għoli: ebusija SiC Mohs ta' 9.25 hija t-tieni biss għad-djamant, li twassal għal żieda sinifikanti fid-diffikultà ta 'qtugħ, tħin u illustrar, u tieħu madwar 120 siegħa biex aqta’ 35-40 biċċa ta’ ingott ta’ ħxuna ta’ 3cm.Barra minn hekk, minħabba l-fraġilità għolja tas-SiC, l-ilbies tal-ipproċessar tal-wejfer se jkun aktar, u l-proporzjon tal-produzzjoni huwa biss madwar 60%.
Xejra ta 'żvilupp: Żieda fid-daqs + tnaqqis fil-prezz
Is-suq globali tas-SiC linja ta 'produzzjoni ta' volum ta '6 pulzieri qed jimmatura, u kumpaniji ewlenin daħlu fis-suq ta' 8 pulzieri.Proġetti ta 'żvilupp domestiku huma prinċipalment 6 pulzieri.Fil-preżent, għalkemm il-biċċa l-kbira tal-kumpaniji domestiċi għadhom ibbażati fuq linji ta 'produzzjoni ta' 4 pulzieri, iżda l-industrija qed tespandi gradwalment għal 6 pulzieri, bil-maturità ta 'teknoloġija ta' tagħmir ta 'appoġġ ta' 6 pulzieri, it-teknoloġija domestika tas-sottostrat SiC qed ittejjeb ukoll gradwalment l-ekonomiji ta ' skala ta 'linji ta' produzzjoni ta 'daqs kbir se tkun riflessa, u d-distakk tal-ħin tal-produzzjoni tal-massa domestika attwali ta' 6 pulzieri naqas għal 7 snin.Id-daqs akbar tal-wejfer jista 'jġib żieda fin-numru ta' ċipep wieħed, itejjeb ir-rata ta 'rendiment, u jnaqqas il-proporzjon ta' ċipep tat-tarf, u l-ispiża tar-riċerka u l-iżvilupp u t-telf ta 'rendiment se tinżamm għal madwar 7%, u b'hekk tittejjeb il-wejfer utilizzazzjoni.
Għad hemm ħafna diffikultajiet fid-disinn tal-apparat
Il-kummerċjalizzazzjoni tad-dijodu SiC titjieb gradwalment, fil-preżent, numru ta 'manifatturi domestiċi ddisinjaw prodotti SiC SBD, prodotti SiC SBD ta' vultaġġ medju u għoli għandhom stabbiltà tajba, fil-vettura OBC, l-użu ta 'SiC SBD + SI IGBT biex jiksbu stabbli densità tal-kurrent.Fil-preżent, m'hemm l-ebda ostakli fid-disinn tal-privattivi tal-prodotti SiC SBD fiċ-Ċina, u d-distakk ma 'pajjiżi barranin huwa żgħir.
SiC MOS għad għandu ħafna diffikultajiet, għad hemm vojt bejn SiC MOS u manifatturi barranin, u l-pjattaforma tal-manifattura rilevanti għadha qed tinbena.Fil-preżent, ST, Infineon, Rohm u 600-1700V SiC MOS oħra kisbu produzzjoni tal-massa u ffirmaw u mibgħuta ma 'ħafna industriji tal-manifattura, filwaqt li d-disinn domestiku attwali SiC MOS bażikament tlesta, numru ta' manifatturi tad-disinn qed jaħdmu ma 'fabs fuq l-istadju tal-fluss tal-wejfer, u l-verifika tal-klijent aktar tard għadha teħtieġ xi żmien, għalhekk għad hemm żmien twil minn kummerċjalizzazzjoni fuq skala kbira.
Fil-preżent, l-istruttura planari hija l-għażla mainstream, u t-tip ta 'trinek huwa użat ħafna fil-qasam ta' pressjoni għolja fil-futur.Struttura planari Il-manifatturi SiC MOS huma ħafna, l-istruttura planari mhix faċli biex tipproduċi problemi ta 'tqassim lokali meta mqabbla mal-kanal, li taffettwa l-istabbiltà tax-xogħol, fis-suq taħt 1200V għandha firxa wiesgħa ta' valur ta 'applikazzjoni, u l-istruttura planari hija relattivament sempliċi fl-aħħar tal-manifattura, biex tissodisfa l-manifattura u l-kontroll tal-ispiża żewġ aspetti.L-apparat tal-kanal għandu l-vantaġġi ta 'induttanza parassitika estremament baxxa, veloċità ta' swiċċjar mgħaġġla, telf baxx u prestazzjoni relattivament għolja.
2--Aħbarijiet tal-wejfer SiC
Produzzjoni tas-suq tal-karbur tas-silikon u tkabbir tal-bejgħ, tagħti attenzjoni lill-iżbilanċ strutturali bejn il-provvista u d-domanda
Bit-tkabbir mgħaġġel tad-domanda tas-suq għall-elettronika ta 'enerġija ta' frekwenza għolja u ta 'qawwa għolja, il-konġestjoni tal-limitu fiżiku ta' apparati semikondutturi bbażati fuq is-silikon gradwalment sar prominenti, u l-materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni rappreżentati minn karbur tas-silikon (SiC) gradwalment isiru industrijalizzati.Mil-lat tal-prestazzjoni tal-materjal, il-karbur tas-silikon għandu 3 darbiet il-wisa 'tal-faxxa tal-materjal tas-silikon, 10 darbiet is-saħħa tal-kamp elettriku tat-tqassim kritiku, 3 darbiet il-konduttività termali, għalhekk l-apparati tal-qawwa tal-karbur tas-silikon huma adattati għal frekwenza għolja, pressjoni għolja, temperatura għolja u applikazzjonijiet oħra, jgħinu biex itejbu l-effiċjenza u d-densità tal-qawwa tas-sistemi elettroniċi tal-qawwa.
Fil-preżent, diodes SiC u MOSFETs SiC gradwalment imċaqalqa lejn is-suq, u hemm prodotti aktar maturi, fosthom diodes SiC jintużaw ħafna minflok diodes bbażati fuq is-silikon f'xi oqsma minħabba li m'għandhomx il-vantaġġ ta 'ħlas ta' rkupru invers;SiC MOSFET huwa wkoll gradwalment użat fil-karozzi, ħażna ta 'enerġija, iċċarġjar munzell, fotovoltajċi u oqsma oħra;Fil-qasam tal-applikazzjonijiet tal-karozzi, ix-xejra tal-modularizzazzjoni qed issir aktar u aktar prominenti, il-prestazzjoni superjuri tas-SiC jeħtieġ li tistrieħ fuq proċessi avvanzati tal-ippakkjar biex tikseb, teknikament b'siġillar tal-qoxra relattivament matur bħala l-mainstream, il-futur jew għall-iżvilupp tas-siġillar tal-plastik , il-karatteristiċi ta 'żvilupp personalizzati tiegħu huma aktar adattati għall-moduli SiC.
Veloċità tat-tnaqqis tal-prezz tal-karbur tas-silikon jew lil hinn mill-immaġinazzjoni
L-applikazzjoni ta 'apparati tal-karbur tas-silikon hija prinċipalment limitata mill-ispiża għolja, il-prezz ta' SiC MOSFET taħt l-istess livell huwa 4 darbiet ogħla minn dak ta 'IGBT ibbażat fuq Si, dan huwa minħabba li l-proċess ta' karbur tas-silikon huwa kumpless, li fih it-tkabbir ta ' kristall wieħed u epitassi mhux biss ħarxa fuq l-ambjent, iżda wkoll ir-rata tat-tkabbir hija bil-mod, u l-ipproċessar tal-kristall wieħed fis-sottostrat għandu jgħaddi mill-proċess tat-tqattigħ u l-illustrar.Ibbażat fuq il-karatteristiċi tal-materjal tiegħu stess u t-teknoloġija tal-ipproċessar immatura, ir-rendiment tas-sottostrat domestiku huwa inqas minn 50%, u diversi fatturi jwasslu għal sottostrat għoli u prezzijiet epitassjali.
Madankollu, il-kompożizzjoni tal-ispiża tal-apparat tal-karbur tas-silikon u l-apparat ibbażat fuq is-silikon hija dijametrikament opposta, is-sottostrat u l-ispejjeż epitassjali tal-kanal ta 'quddiem jammontaw għal 47% u 23% tal-apparat kollu rispettivament, li jammontaw għal madwar 70%, id-disinn tal-apparat, il-manifattura u rabtiet tas-siġillar tal-kanal ta 'wara jammontaw għal 30% biss, l-ispiża tal-produzzjoni ta' apparati bbażati fuq is-silikon hija prinċipalment ikkonċentrata fil-manifattura tal-wejfer tal-kanal ta 'wara madwar 50%, u l-ispiża tas-sottostrat tammonta għal 7 biss%.Il-fenomenu tal-valur tal-katina tal-industrija tal-karbur tas-silikon rasu 'l isfel ifisser li l-manifatturi tal-epitassija tas-sottostrat upstream għandhom id-dritt ewlieni li jitkellmu, li huwa ċ-ċavetta għat-tqassim tal-intrapriżi domestiċi u barranin.
Mill-aspett dinamiku tas-suq, it-tnaqqis tal-ispiża tal-karbur tas-silikon, minbarra t-titjib tal-kristall twil tal-karbur tas-silikon u l-proċess tat-tqattigħ, huwa li jespandi d-daqs tal-wejfer, li huwa wkoll il-mogħdija matura tal-iżvilupp tas-semikondutturi fil-passat, Id-dejta Wolfspeed turi li l-aġġornament tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon minn 6 pulzieri għal 8 pulzieri, il-produzzjoni taċ-ċippa kwalifikata tista 'tiżdied bi 80% -90%, u tgħin biex ittejjeb ir-rendiment.Jista 'jnaqqas l-ispiża ta' unità magħquda b'50%.
L-2023 hija magħrufa bħala l-"8-inch SiC first year", din is-sena, il-manifatturi domestiċi u barranin tal-karbur tas-silikon qed jaċċelleraw it-tqassim tal-karbur tas-silikon ta '8 pulzieri, bħal investiment crazy Wolfspeed ta' 14.55 biljun dollaru Amerikan għall-espansjoni tal-produzzjoni tal-karbur tas-silikon, parti importanti minnha hija l-kostruzzjoni ta 'impjant ta' manifattura ta 'sottostrat SiC ta' 8 pulzieri, Biex tiġi żgurata l-provvista futura ta '200 mm SiC bare metal għal numru ta' kumpaniji;Domestic Tianyue Advanced u Tianke Heda ffirmaw ukoll ftehimiet fit-tul ma 'Infineon biex ifornu substrati tal-karbur tas-silikon ta' 8 pulzieri fil-futur.
Minn din is-sena, il-karbur tas-silikon se jaċċellera minn 6 pulzieri għal 8 pulzieri, Wolfspeed jistenna li sal-2024, l-ispiża taċ-ċippa tal-unità ta 'sottostrat ta' 8 pulzieri meta mqabbla mal-ispiża taċ-ċippa tal-unità ta 'sottostrat ta' 6 pulzieri fl-2022 titnaqqas b'aktar minn 60% , u t-tnaqqis fl-ispiża se jkompli jiftaħ is-suq tal-applikazzjoni, id-dejta tar-riċerka Ji Bond Consulting indikat.Is-sehem attwali tas-suq ta 'prodotti ta' 8 pulzieri huwa inqas minn 2%, u s-sehem tas-suq huwa mistenni li jikber għal madwar 15% sal-2026.
Fil-fatt, ir-rata tat-tnaqqis fil-prezz tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon tista 'taqbeż l-immaġinazzjoni ta' ħafna nies, l-offerta attwali tas-suq ta 'sottostrat ta' 6 pulzieri hija 4000-5000 wan/biċċa, meta mqabbla mal-bidu tas-sena naqas ħafna, hija mistenni li jaqa 'taħt l-4000 wan is-sena d-dieħla, ta' min jinnota li xi manifatturi sabiex jiksbu l-ewwel suq, naqqset il-prezz tal-bejgħ għal-linja tal-ispiża hawn taħt, Infetaħ il-mudell tal-gwerra tal-prezzijiet, prinċipalment ikkonċentrat fis-sottostrat tal-karbur tas-silikon il-provvista kienet relattivament biżżejjed fil-qasam ta 'vultaġġ baxx, il-manifatturi domestiċi u barranin qed jespandu b'mod aggressiv il-kapaċità tal-produzzjoni, jew ħalli l-istadju ta' provvista żejda tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon aktar kmieni milli immaġina.
Ħin tal-post: Jan-19-2024