Enkonduko al siliciokarbido
Silicia karbido (SiC) estas kompona duonkondukta materialo konsistanta el karbono kaj silicio, kiu estas unu el la idealaj materialoj por fabrikado de alttemperaturaj, altfrekvencaj, altpotencaj kaj alttensiaj aparatoj. Kompare kun la tradicia silicia materialo (Si), la bendbreĉo de silicia karbido estas 3-obla tiu de silicio. La varmokondukteco estas 4-5-obla tiu de silicio; La rompiĝa tensio estas 8-10-obla tiu de silicio; La elektronika saturiĝa driftrapideco estas 2-3-obla tiu de silicio, kio plenumas la bezonojn de moderna industrio por alta potenco, alta tensio kaj alta frekvenco. Ĝi estas ĉefe uzata por la produktado de alt-rapidaj, altfrekvencaj, altpotencaj kaj lum-elsendantaj elektronikaj komponantoj. La postaj aplikaj kampoj inkluzivas inteligentajn retojn, novenergiajn veturilojn, fotovoltaikan ventan energion, 5G-komunikadon, ktp. Siliciaj karbidaj diodoj kaj MOSFET-oj estas komerce aplikataj.
Rezisto al alta temperaturo. La bendbreĉa larĝo de siliciokarbido estas 2-3-oble pli granda ol tiu de silicio, la elektronoj ne facile transiras je altaj temperaturoj, kaj povas elteni pli altajn funkciajn temperaturojn, kaj la varmokondukteco de siliciokarbido estas 4-5-oble pli granda ol tiu de silicio, faciligante la varmodisradiadon de la aparato kaj plialtigante la liman funkcian temperaturon. La alttemperatura rezisto povas signife pliigi la potencodensecon, samtempe reduktante la postulojn pri la malvarmiga sistemo, igante la terminalon pli malpeza kaj pli malgranda.
Eltenas altan premon. La disfala elektra kampa forto de siliciokarbido estas 10-obla tiu de silicio, kiu povas elteni pli altajn tensiojn kaj estas pli taŭga por alttensiaj aparatoj.
Altfrekvenca rezisto. Silicia karbido havas saturitan elektronan drivan indicon duoble pli altan ol tiu de silicio, rezultante en la foresto de kurenta postrestado dum la malŝalta procezo, kio povas efike plibonigi la ŝaltan frekvencon de la aparato kaj realigi la miniaturigon de la aparato.
Malalta energiperdo. Kompare kun silicia materialo, silicia karbido havas tre malaltan ŝaltrezistancon kaj malaltan ŝaltperdon. Samtempe, la alta bendbreĉa larĝo de silicia karbido multe reduktas la elfluan kurenton kaj la potencperdon. Krome, la silicia karbida aparato ne havas kurentspuran fenomenon dum la malŝaltprocezo, kaj la ŝaltperdo estas malalta.
Ĉeno de siliciokarbido
Ĝi ĉefe inkluzivas substraton, epitaksion, aparatan dezajnon, fabrikadon, sigeladon kaj tiel plu. Silicia karbido de la materialo al la duonkondukta potenca aparato spertos unu-kristalan kreskon, orbrikan tranĉadon, epitaksian kreskon, sigelan dezajnon, fabrikadon, enpakadon kaj aliajn procezojn. Post la sintezo de silicia karbida pulvoro, la silicia karbida orbriko estas unue farita, kaj poste la silicia karbida substrato estas akirita per tranĉado, muelado kaj polurado, kaj la epitaksia tavolo estas akirita per epitaksia kresko. La epitaksia oblato estas farita el silicia karbido per litografio, gravurado, jona implantado, metala pasivigo kaj aliaj procezoj, la oblato estas tranĉita en ŝimon, la aparato estas enpakita, kaj la aparato estas kombinita en specialan ŝelon kaj kunmetita en modulon.
Supren de la industria ĉeno 1: substrato - kristala kresko estas la kerna proceza ligo
Siliciokarbida substrato konsistigas ĉirkaŭ 47% de la kosto de siliciokarbidaj aparatoj, la plej altaj fabrikadaj teknikaj baroj, la plej granda valoro, estas la kerno de la estonta grandskala industriigo de SiC.
El la perspektivo de diferencoj en elektrokemiaj ecoj, substratoj el silicia karbido povas esti dividitaj en konduktivajn substratojn (rezistiveca regiono 15~30mΩ·cm) kaj duonizolitajn substratojn (rezistiveco pli alta ol 105Ω·cm). Ĉi tiuj du specoj de substratoj estas uzataj por fabriki diskretajn aparatojn kiel ekzemple potencajn aparatojn kaj radiofrekvencajn aparatojn respektive post epitaksa kresko. Inter ili, duonizolita silicia karbido-substrato estas ĉefe uzata en la fabrikado de galiumnitridaj RF-aparatoj, fotoelektraj aparatoj kaj tiel plu. Per kresko de gan-epitaksa tavolo sur duonizolita SIC-substrato, la sic-epitaksa plato estas preparita, kiu povas esti plue preparita en HEMT-gan-izonitridajn RF-aparatojn. Konduktiva silicia karbido-substrato estas ĉefe uzata en la fabrikado de potencaj aparatoj. Malsame ol la tradicia fabrikada procezo de siliciaj potencaj aparatoj, la silicia karbida potencaj aparatoj ne povas esti rekte faritaj sur la silicia karbida substrato, la silicia karbida epitaksa tavolo devas esti kreskigita sur la konduktiva substrato por akiri la silician karbidan epitaksa tavolon, kaj la epitaksa tavolo estas fabrikita sur la Schottky-diodo, MOSFET, IGBT kaj aliaj potencaj aparatoj.
Siliciokarbida pulvoro estis sintezita el altpureca karbonpulvoro kaj altpureca silicia pulvoro, kaj diversaj grandecoj de siliciokarbidaj orbrikoj estis kreskigitaj sub speciala temperaturkampo, kaj poste siliciokarbida substrato estis produktita per pluraj prilaboraj procezoj. La kerna procezo inkluzivas:
Sintezo de krudmaterialoj: La altpureca silicia pulvoro + toner estas miksitaj laŭ la formulo, kaj la reakcio okazas en la reakcia ĉambro sub altaj temperaturoj super 2000 °C por sintezi la siliciajn karbidajn partiklojn kun specifa kristala tipo kaj partikla grandeco. Poste, per dispremado, kribrado, purigado kaj aliaj procezoj, oni plenumas la postulojn de altpureca silicia karbida pulvora krudmaterialo.
Kristala kresko estas la kerna procezo de fabrikado de silicia karbida substrato, kiu determinas la elektrajn ecojn de la silicia karbida substrato. Nuntempe, la ĉefaj metodoj por kristala kresko estas fizika vapora translokigo (PVT), alttemperatura kemia vapora demetado (HT-CVD) kaj likvafaza epitaksio (LPE). Inter ili, la PVT-metodo estas la ĉefa metodo por komerca kresko de SiC-substrato nuntempe, kun la plej alta teknika matureco kaj la plej vaste uzata en inĝenierarto.
La preparado de SiC-substrato estas malfacila, kio kondukas al ĝia alta prezo.
Kontrolo de la temperaturkampo estas malfacila: la kresko de Si-kristalaj stango bezonas nur 1500℃, dum SiC-kristalaj stango bezonas kreskigon je alta temperaturo super 2000℃, kaj ekzistas pli ol 250 SiC-izomeroj, sed la ĉefa 4H-SiC-unukristala strukturo por la produktado de potencaj aparatoj, se ne preciza kontrolo, ricevos aliajn kristalajn strukturojn. Krome, la temperaturgradiento en la krisolo determinas la rapidon de SiC-sublimada translokigo kaj la aranĝon kaj kreskoreĝimon de gasaj atomoj sur la kristala interfaco, kio influas la kreskorapidon kaj kristalan kvaliton, do necesas formi sisteman temperaturkampan kontrolan teknologion. Kompare kun Si-materialoj, la diferenco en SiC-produktado ankaŭ kuŝas en alttemperaturaj procezoj kiel alttemperatura jona implantado, alttemperatura oksidado, alttemperatura aktivigo, kaj la malmola masko-procezo postulata de ĉi tiuj alttemperaturaj procezoj.
Malrapida kresko de kristalo: la kreskorapideco de silicia kristala stango povas atingi 30 ~ 150 mm/h, kaj la produktado de 1-3 m silicia kristala stango daŭras nur ĉirkaŭ 1 tagon; ekzemple, por silicia kristala stango kun PVT-metodo, la kreskorapideco estas ĉirkaŭ 0,2-0,4 mm/h, 7 tagojn por kreski malpli ol 3-6 cm, la kreskorapideco estas malpli ol 1% de la silicia materialo, la produktadkapacito estas ekstreme limigita.
Altaj produktaj parametroj kaj malalta rendimento: la kernaj parametroj de SiC-substrato inkluzivas mikrotubulan densecon, dislokacian densecon, rezistecon, varpiĝon, surfacan malglatecon, ktp. Estas kompleksa sisteminĝenierado por aranĝi atomojn en fermita alt-temperatura ĉambro kaj kompletigi kristalan kreskon, samtempe kontrolante parametrajn indeksojn.
La materialo havas altan malmolecon, altan rompiĝemon, longan tranĉtempon kaj altan eluziĝon: la malmoleco de SiC Mohs de 9.25 estas dua nur post diamanto, kio kondukas al signifa pliigo de la malfacileco de tranĉado, muelado kaj polurado, kaj necesas ĉirkaŭ 120 horoj por tranĉi 35-40 pecojn de 3cm dika orbriko. Krome, pro la alta rompiĝemo de SiC, la eluziĝo dum prilaborado de la pecetoj estos pli granda, kaj la produkta proporcio estas nur ĉirkaŭ 60%.
Evoluiga tendenco: Grandeckresko + prezmalkresko
La tutmonda merkato de SiC por 6-colaj volumaj produktadlinioj maturiĝas, kaj ĉefaj kompanioj eniris la 8-colan merkaton. Hejmaj evoluigaj projektoj temas ĉefe pri 6-colaj. Nuntempe, kvankam plej multaj hejmaj kompanioj ankoraŭ baziĝas sur 4-colaj produktadlinioj, la industrio iom post iom ekspansiiĝas al 6-colaj. Kun la maturiĝo de la 6-cola subtena ekipaĵteknologio, la hejma SiC-substrata teknologio ankaŭ iom post iom pliboniĝas, la ekonomioj de skalo de grand-grandaj produktadlinioj reflektiĝos, kaj la nuna hejma 6-cola amasproduktada tempointervalo mallarĝiĝis al 7 jaroj. La pli granda siflograndeco povas kaŭzi pliiĝon en la nombro de unuopaj ĉipoj, plibonigi la rendimentan indicon, kaj redukti la proporcion de randaj ĉipoj, kaj la kosto de esplorado kaj evoluigo kaj rendimenta perdo estos konservitaj je ĉirkaŭ 7%, tiel plibonigante la sifloutiligon.
Ankoraŭ estas multaj malfacilaĵoj en la dezajno de aparatoj
La komercigo de SiC-diodoj iom post iom pliboniĝas. Nuntempe, kelkaj hejmaj fabrikantoj desegnis SiC SBD-produktojn. Mez- kaj alt-tensiaj SiC SBD-produktoj havas bonan stabilecon. En la veturilaj OBC-oj, la uzo de SiC SBD+SI IGBT por atingi stabilan kurentdensecon. Nuntempe, ne ekzistas baroj en la patenta dezajno de SiC SBD-produktoj en Ĉinio, kaj la diferenco kun eksterlandoj estas malgranda.
SiC MOS ankoraŭ havas multajn malfacilaĵojn, ankoraŭ ekzistas breĉo inter SiC MOS kaj eksterlandaj fabrikantoj, kaj la koncerna fabrikada platformo ankoraŭ estas sub konstruado. Nuntempe, ST, Infineon, Rohm kaj aliaj 600-1700V SiC MOS atingis amasproduktadon kaj subskribis kaj sendis kun multaj fabrikantaj industrioj, dum la nuna hejma SiC MOS-dezajno estas baze finita, kelkaj dezajnoproduktantoj laboras kun fabrikoj en la fazo de fluo de la obleto, kaj posta klienta konfirmo ankoraŭ bezonas iom da tempo, do ankoraŭ estas longa tempo antaŭ grandskala komercigo.
Nuntempe, la ebena strukturo estas la ĉefa elekto, kaj la tranĉea tipo estas vaste uzata en la altprema kampo estonte. Estas multaj fabrikantoj de SiC MOS-transformoj kun ebena strukturo, la ebena strukturo ne facile produktas lokajn paneoproblemojn kompare kun kaneloj, kio influas la stabilecon de la laboro. En la merkato sub 1200V, ĝi havas larĝan gamon da aplikoj, kaj la ebena strukturo estas relative simpla ĉe la fabrikado, por plenumi du aspektojn de produktebleco kaj kostokontrolo. La kanel-aparato havas la avantaĝojn de ekstreme malalta parazita induktanco, rapida ŝaltilrapideco, malalta perdo kaj relative alta rendimento.
2 -- Novaĵoj pri SiC-plato
Merkato de silicia karbido - kresko de produktado kaj vendoj, atentu la strukturan malekvilibron inter oferto kaj postulo
Kun la rapida kresko de la merkata postulo je altfrekvencaj kaj altpotencaj potencaj elektronikaĵoj, la fizika limo de silicibazitaj duonkonduktaĵaj aparatoj iom post iom fariĝis elstara, kaj la triageneraciaj duonkonduktaĵaj materialoj reprezentitaj de silicikarbido (SiC) iom post iom industriiĝis. El la vidpunkto de materiala efikeco, silicikarbido havas 3-oblan bendbreĉan larĝon de silicimaterialo, 10-oblan kritikan disrompan elektran kampoforton, kaj 3-oblan varmokonduktivecon, do silicikarbidaj potencaj aparatoj taŭgas por altfrekvencaj, altaj premaj, altaj temperaturoj kaj aliaj aplikoj, kaj helpas plibonigi la efikecon kaj potencan densecon de potencelektronikaj sistemoj.
Nuntempe, SiC-diodoj kaj SiC MOSFET-oj iom post iom ekmerkatiĝis, kaj ekzistas pli maturaj produktoj, inter kiuj SiC-diodoj estas vaste uzataj anstataŭ silici-bazitaj diodoj en iuj kampoj, ĉar ili ne havas la avantaĝon de inversa reakira ŝargo; SiC MOSFET ankaŭ estas iom post iom uzata en aŭtomobila, energia stokado, ŝarga stako, fotovoltaiko kaj aliaj kampoj; En la kampo de aŭtomobilaj aplikoj, la tendenco de moduligo fariĝas pli kaj pli elstara, la supera rendimento de SiC devas dependi de progresintaj pakaĵaj procezoj por atingi, teknike kun relative matura ŝelsigelado kiel ĉeftendenco, la estonteco aŭ al plasta sigelada disvolviĝo, ĝiaj personecigitaj disvolvaj karakterizaĵoj estas pli taŭgaj por SiC-moduloj.
Rapido de malkresko de prezo de silicia karbido aŭ preter imago
La apliko de siliciaj karbidaj aparatoj estas ĉefe limigita de la alta kosto. La prezo de SiC MOSFET sub la sama nivelo estas 4-oble pli alta ol tiu de Si-bazita IGBT. Tio estas ĉar la procezo de silicia karbido estas kompleksa, en kiu la kresko de unu-kristalaj kaj epitaksiaj traktoroj estas ne nur severa por la medio, sed ankaŭ la kreskorapideco estas malrapida, kaj la prilaborado de unu-kristala traktoro en la substraton devas trairi la tranĉadon kaj poluradon. Surbaze de ĝiaj propraj materialaj karakterizaĵoj kaj nematura prilabora teknologio, la rendimento de hejmaj substratoj estas malpli ol 50%, kaj diversaj faktoroj kondukas al altaj substrataj kaj epitaksiaj prezoj.
Tamen, la kostokonsisto de siliciokarbidaj aparatoj kaj silicio-bazitaj aparatoj estas diametre kontraŭa, la substrataj kaj epitaksiaj kostoj de la antaŭa kanalo konsistigas respektive 47% kaj 23% de la tuta aparato, entute ĉirkaŭ 70%, la aparata dezajno, fabrikado kaj sigelado de la malantaŭa kanalo konsistigas nur 30%, la produktokosto de silicio-bazitaj aparatoj estas ĉefe koncentrita en la fabrikado de vaflaj malantaŭaj kanaloj je ĉirkaŭ 50%, kaj la substrata kosto konsistigas nur 7%. La fenomeno de la renversita valoro de la siliciokarbida industria ĉeno signifas, ke la kontraŭfluaj substrataj epitaksiaj fabrikantoj havas la kernan rajton paroli, kio estas la ŝlosilo por la aranĝo de hejmaj kaj eksterlandaj entreprenoj.
El la dinamika merkata vidpunkto, redukti la koston de silicia karbido, krom plibonigi la procezon de longa kristalo kaj tranĉado de silicia karbido, signifas pligrandigi la grandecon de la silicia karbido, kio ankaŭ estas la matura vojo por la disvolviĝo de duonkonduktaĵoj en la pasinteco. Datumoj de Wolfspeed montras, ke ĝisdatigo de la silicia karbida substrato de 6 coloj al 8 coloj, povas pliigi la produktadon de kvalifikita ĉipo je 80%-90%, kaj helpi plibonigi la rendimenton. Ĝi povas redukti la kombinitan unuokoston je 50%.
2023 estas konata kiel la "unua jaro de 8-cola SiC". Ĉi-jare, hejmaj kaj eksterlandaj siliciokarbidaj fabrikantoj akcelas la aranĝon de 8-cola siliciokarbido, ekzemple Wolfspeed faris grandegan investon de 14,55 miliardoj da usonaj dolaroj por vastigi la produktadon de siliciokarbido. Grava parto de tio estas la konstruado de fabriko por 8-colaj SiC-substratoj. Por certigi la estontan provizon de 200 mm SiC-nuda metalo al pluraj kompanioj, la hejmaj Tianyue Advanced kaj Tianke Heda ankaŭ subskribis longdaŭrajn interkonsentojn kun Infineon por liveri 8-colajn siliciokarbidajn substratojn estonte.
Ekde ĉi tiu jaro, silicia karbido akceliĝos de 6 coloj ĝis 8 coloj. Wolfspeed antaŭvidas, ke antaŭ 2024, la kosto de unuobla ico por 8-cola substrato kompare kun la kosto de unuobla ico por 6-cola substrato en 2022 reduktiĝos je pli ol 60%, kaj la kosto-malkresko plu malfermos la aplikaĵan merkaton, laŭ esplordatumoj de Ji Bond Consulting. La nuna merkatpartopreno de 8-colaj produktoj estas malpli ol 2%, kaj oni atendas, ke la merkatpartopreno kreskos ĝis ĉirkaŭ 15% antaŭ 2026.
Fakte, la malkresko de la prezo de siliciokarbida substrato eble superas la imagon de multaj homoj. La nuna merkata oferto de 6-cola substrato estas 4000-5000 juanoj/peco, kompare kun la komenco de la jaro multe malaltiĝis kaj oni atendas, ke ĝi falos sub 4000 juanojn venontjare. Indas rimarki, ke iuj fabrikantoj, por unue akiri la merkaton, malaltigis la vendoprezon al la kosto-linio sube. Malfermis la modelon de la prezmilito, ĉefe koncentriĝante en la provizo de siliciokarbida substrato, kiu estis relative sufiĉa en la malalt-tensia kampo. Enlandaj kaj eksterlandaj fabrikantoj agreseme vastigas la produktokapaciton, aŭ lasas la troprovizon de siliciokarbida substrato pli frue ol imagite.
Afiŝtempo: 19-a de januaro 2024