Enkonduko al siliciokarbido
Silicio-karbido (SiC) estas kunmetita semikondukta materialo kunmetita de karbono kaj silicio, kiu estas unu el la idealaj materialoj por fari altan temperaturon, altfrekvencon, altan potencon kaj alttensiajn aparatojn.Kompare kun la tradicia silicia materialo (Si), la benda breĉo de siliciokarbido estas 3 fojojn tiu de silicio.La varmokondukteco estas 4-5 fojojn tiu de silicio;La paneotensio estas 8-10 fojojn tiu de silicio;La elektronika saturiĝa drivo estas 2-3 fojojn tiu de silicio, kiu plenumas la bezonojn de moderna industrio por alta potenco, alta tensio kaj alta ofteco.Ĝi estas ĉefe uzata por la produktado de elektronikaj komponantoj de altrapidaj, altfrekvencaj, altfortaj kaj lum-elsendantaj.La kontraŭfluaj aplikaj kampoj inkluzivas inteligentan kradon, novajn energiajn veturilojn, fotovoltaecan ventoenergion, 5G komunikadon, ktp. Silicikarburaj diodoj kaj MOSFET-oj estis komerce aplikitaj.
Rezisto al alta temperaturo.La larĝo de la benda interspaco de siliciokarbido estas 2-3 fojojn tiu de silicio, la elektronoj ne estas facile transireblaj ĉe altaj temperaturoj, kaj povas elteni pli altajn funkciajn temperaturojn, kaj la termika kondukteco de silicio-karbido estas 4-5-oble tiu de silicio, igante la aparaton varmo disipado pli facila kaj la limo funkcianta temperaturo pli alta.La alta temperatura rezisto povas signife pliigi potencon denseco reduktante la postulojn sur la malvarmigo sistemo, farante la fina stacio pli malpeza kaj pli malgranda.
Elteni altan premon.La forto de elektra kampo de rompado de siliciokarbido estas 10 fojojn tiu de silicio, kiu povas elteni pli altajn tensiojn kaj pli taŭgas por alttensiaj aparatoj.
Altfrekvenca rezisto.Silicia karbido havas saturitan elektronan drivan indicon duoble ol de silicio, rezultigante la foreston de nuna vosto dum la malŝalta procezo, kiu povas efike plibonigi la ŝanĝoftecon de la aparato kaj realigi la miniaturigon de la aparato.
Malalta energia perdo.Kompare kun silicia materialo, siliciokarbido havas tre malaltan surreziston kaj malaltan sur-perdon.Samtempe, la alta bando-larĝo de siliciokarbido multe reduktas la elfluan fluon kaj la perdon de potenco.Krome, la silicio-karbura aparato ne havas nunan sekvan fenomenon dum la malŝalta procezo, kaj la ŝanĝa perdo estas malalta.
Silicikarbura industria ĉeno
Ĝi ĉefe inkluzivas substraton, epitaksion, aparato-dezajnon, fabrikadon, sigeladon ktp.Silicia karbido de la materialo ĝis la duonkondukta potenco-aparato spertos ununuran kristalan kreskon, ingotan tranĉaĵon, epitaksian kreskon, oblatan dezajnon, fabrikadon, pakadon kaj aliajn procezojn.Post la sintezo de silicia karbura pulvoro, la silicia karbura ingoto estas farita unue, kaj tiam la silicia karbura substrato estas akirita per tranĉado, muelado kaj polurado, kaj la epitaksia folio estas akirita per epitaksia kresko.La epitaksia oblato estas farita el siliciokarbido per litografio, akvaforto, jona enplantado, metala pasivado kaj aliaj procezoj, la oblato estas tranĉita en ĵetkubon, la aparato estas pakita, kaj la aparato estas kombinita en specialan ŝelon kaj kunmetita en modulon.
Kontraŭflue de la industria ĉeno 1: substrato - kristala kresko estas la kerna proceza ligo
Silicikarbura substrato respondecas pri ĉirkaŭ 47% de la kosto de siliciokarburaj aparatoj, la plej altaj fabrikaj teknikaj baroj, la plej granda valoro, estas la kerno de la estonta grandskala industriigo de SiC.
El la perspektivo de elektrokemiaj proprietdiferencoj, siliciokarburaj substrataj materialoj povas esti dividitaj en konduktivajn substratojn (rezistiveca regiono 15 ~ 30mΩ·cm) kaj duon-izolitaj substratoj (rezistiveco pli alta ol 105Ω·cm).Ĉi tiuj du specoj de substratoj kutimas produkti diskretajn aparatojn kiel elektraj aparatoj kaj radiofrekvencaj aparatoj respektive post epitaksia kresko.Inter ili, duon-izolita silicio-karbura substrato estas ĉefe uzata en la fabrikado de galiumnitruraj RF-aparatoj, fotoelektraj aparatoj ktp.Kreskante gan epitaxial tavolo sur duon-izolita SIC-substrato, la sic epitaxial plato estas preta, kiu povas esti plu preparita en HEMT gan iso-nitruro RF aparatoj.Kondukta siliciokarbura substrato estas ĉefe uzata en la fabrikado de potencaj aparatoj.Malsama al la tradicia procezo de fabrikado de silicio-potenca aparato, la silicio-karbura potenca aparato ne povas esti rekte farita sur la silicio-karbura substrato, la silicio-karbura epitaksia tavolo devas esti kreskigita sur la kondukta substrato por akiri la silicio-karburan epitaksian folion, kaj la epitaxial. tavolo estas fabrikita sur la Schottky-diodo, MOSFET, IGBT kaj aliaj potencaj aparatoj.
Silicia karbura pulvoro estis sintezita de alta pureca karbona pulvoro kaj alta pureca silicia pulvoro, kaj malsamaj grandecoj de silicia karbura ingoto estis kultivitaj sub speciala temperatura kampo, kaj tiam silicia karbura substrato estis produktita per multoblaj pretigaj procezoj.La kerna procezo inkluzivas:
Sintezo de krudmaterialo: La altpura silicia pulvoro + toner estas miksita laŭ la formulo, kaj la reago efektiviĝas en la reakcia ĉambro sub la alta temperatura kondiĉo super 2000 °C por sintezi la siliciajn karburajn partiklojn kun specifa kristala tipo kaj partiklo. grandeco.Tiam tra la disbatado, kribrado, purigado kaj aliaj procezoj, por plenumi la postulojn de alta pureca silicio-karbura pulvoro krudmaterialoj.
Kristalkresko estas la kernprocezo de fabrikado de substratoj de silicio-karburo, kiu determinas la elektrajn ecojn de silicio-karbura substrato.Nuntempe, la ĉefaj metodoj por kristala kresko estas fizika vaportransigo (PVT), alttemperatura kemia vapordemetado (HT-CVD) kaj likva faza epitaksio (LPE).Inter ili, 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 inĝenieristiko.
La preparado de SiC-substrato estas malfacila, kondukante al sia alta prezo
Temperaturkampa kontrolo estas malfacila: Si-kristala bastono kresko bezonas nur 1500℃, dum SiC-kristala bastono devas esti kreskigita 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 fandujo determinas la indicon de SiC-sublimiga translokigo kaj la aranĝon kaj kreskoreĝimon de gasaj atomoj sur la kristala interfaco, kiu influas la kristalan kreskorapidecon kaj kristalan kvaliton, do necesas formi sisteman temperaturkampon. kontrolo teknologio.Kompare kun Si-materialoj, la diferenco en SiC-produktado estas ankaŭ en alt-temperaturaj procezoj kiel alt-temperaturaj jon-enplantado, alt-temperatura oksigenado, alt-temperatura aktivigo, kaj la malmola maskprocezo postulata de ĉi tiuj alt-temperaturaj procezoj.
Malrapida kristala kresko: la kreskorapideco de Si-kristala bastono povas atingi 30 ~ 150mm/h, kaj la produktado de 1-3m-silicia kristala bastono daŭras nur ĉirkaŭ 1 tagon;SiC-kristala bastono kun PVT-metodo kiel ekzemplo, la kreskorapideco estas ĉirkaŭ 0,2-0,4mm/h, 7 tagoj por kreski malpli ol 3-6cm, la kreskorapideco estas malpli ol 1% de la silicia materialo, la produktadkapablo estas ekstreme. limigita.
Altaj produktaj parametroj kaj malalta rendimento: la kernaj parametroj de SiC-substrato inkluzivas mikrotubulan densecon, dislokigan densecon, resistivecon, varpiĝon, surfacan malglatecon, ktp. Estas kompleksa sistema inĝenierado por aranĝi atomojn en fermita alt-temperatura ĉambro kaj kompleta kristala kresko, dum kontrolado de parametro-indeksoj.
La materialo havas altan malmolecon, altan fragilecon, longan tranĉan tempon kaj altan eluziĝon: SiC Mohs-malmoleco de 9.25 estas dua nur post diamanto, kio kondukas al signifa pliiĝo en la malfacileco de tranĉado, muelado kaj polurado, kaj necesas proksimume 120 horoj por. tranĉu 35-40 pecojn de 3cm dika ingoto.Krome, pro la alta fragileco de SiC, eluziĝo de oblatpretigo estos pli, kaj la eligo-proporcio estas nur ĉirkaŭ 60%.
Evolua tendenco: Grandeco pliiĝo + prezo malpliiĝo
La tutmonda SiC-merkato 6-cola volumena produktado-linio maturiĝas, kaj ĉefaj kompanioj eniris la 8-colan merkaton.Hejmaj evoluprojektoj estas ĉefe 6 coloj.Nuntempe, kvankam la plej multaj enlandaj kompanioj ankoraŭ baziĝas sur 4-colaj produktadlinioj, sed la industrio iom post iom ekspansiiĝas al 6-cola, kun la matureco de 6-cola subtenanta ekipaĵteknologio, enlanda SiC-substrata teknologio ankaŭ iom post iom plibonigas la ekonomiojn de skalo de grandgrandaj produktadlinioj estos reflektita, kaj la nuna hejma 6-cola amasprodukta tempo-interspaco mallarĝiĝis al 7 jaroj.La pli granda oblatgrandeco povas kaŭzi pliiĝon en la nombro da unuopaj blatoj, plibonigi la rendimentoprocenton kaj redukti la proporcion de randaj blatoj, kaj la kosto de esplorado kaj evoluo kaj rendimenta perdo estos konservita je ĉirkaŭ 7%, tiel plibonigante la oblaton. utiligo.
Estas ankoraŭ multaj malfacilaĵoj en la dezajno de aparatoj
La komercigo de SiC-diodo estas iom post iom plibonigita, nuntempe, kelkaj hejmaj fabrikistoj desegnis SiC SBD-produktojn, meza kaj alta tensiaj SiC SBD-produktoj havas bonan stabilecon, en la veturilo OBC, la uzo de SiC SBD+SI IGBT por atingi stabilan. nuna denseco.Nuntempe, ne ekzistas baroj en la patenta dezajno de SiC SBD-produktoj en Ĉinio, kaj la interspaco kun eksterlandoj estas malgranda.
SiC MOS ankoraŭ havas multajn malfacilaĵojn, ankoraŭ ekzistas interspaco inter SiC MOS kaj eksterlandaj fabrikantoj, kaj la koncerna produktadplatformo ankoraŭ estas konstruata.Nuntempe, ST, Infineon, Rohm kaj aliaj 600-1700V SiC MOS atingis amasproduktadon kaj subskribis kaj sendis kun multaj industrioj de fabrikado, dum la nuna hejma SiC MOS-dezajno estis esence kompletigita, kelkaj dezajnaj fabrikistoj laboras kun fabs ĉe la obla fluo stadio, kaj poste kliento konfirmo ankoraŭ bezonas iom da tempo, do estas ankoraŭ longa tempo de grandskala komercigo.
Nuntempe, la ebena strukturo estas la ĉefa elekto, kaj la tranĉea tipo estas vaste uzata en la altprema kampo estonte.Plana strukturo SiC MOS-fabrikistoj estas multaj, la ebena strukturo ne estas facile produkti lokajn rompoproblemojn kompare kun la sulko, tuŝante la stabilecon de la laboro, en la merkato sub 1200V havas ampleksan gamon de aplika valoro, kaj la ebena strukturo estas relative. simpla en la fabrikado fino, renkonti la manufacturability kaj kosto kontrolo du aspektoj.La sulka aparato havas la avantaĝojn de ekstreme malalta parazita indukto, rapida ŝanĝrapido, malalta perdo kaj relative alta rendimento.
2--SiC-oblaĵnovaĵoj
Silicia karbura merkata produktado kaj venda kresko, atentu strukturan malekvilibron inter provizo kaj postulo
Kun la rapida kresko de la merkata postulo pri altfrekvencaj kaj alt-potencaj elektronikaj elektronikoj, la fizika lima proplemkolo de silicio-bazitaj duonkonduktaĵoj iom post iom fariĝis elstara, kaj la triageneraciaj duonkonduktaĵoj reprezentitaj de siliciokarbido (SiC) iom post iom fariĝis. iĝi industriigita.El la vidpunkto de la materiala rendimento, siliciokarbido havas 3 fojojn la larĝon de la benda breĉo de silicio-materialo, 10 fojojn la forton de elektra kampo de kritika rompo, 3 fojojn la termika kondukteco, do siliciokarburaj potencaj aparatoj taŭgas por altfrekvenco, alta premo, alta temperaturo kaj aliaj aplikoj, helpas plibonigi la efikecon kaj potencan densecon de potencaj elektronikaj sistemoj.
Nuntempe, SiC-diodoj kaj SiC MOSFET-oj iom post iom moviĝis al la merkato, kaj ekzistas pli maturaj produktoj, inter kiuj SiC-diodoj estas vaste uzataj anstataŭ silicio-bazitaj diodoj en iuj kampoj, ĉar ili ne havas la avantaĝon de inversa reakiro;SiC MOSFET ankaŭ estas iom post iom uzata en aŭtomobila, stokado de energio, ŝarĝa amaso, fotovoltaeca kaj aliaj kampoj;En la kampo de aŭtomobilaj aplikoj, la tendenco de modularigo fariĝas pli kaj pli elstara, la supera rendimento de SiC bezonas fidi progresintajn pakajn procezojn por atingi, teknike kun relative matura ŝelo sigelado kiel la ĉefa fluo, la estonteco aŭ al plasta sigelado disvolviĝo. , ĝiaj personecigitaj evoluaj trajtoj estas pli taŭgaj por SiC-moduloj.
Silicia karburo prezo malkresko rapido aŭ preter imago
La apliko de siliciokarbido-aparatoj estas plejparte limigita de la alta kosto, la prezo de SiC MOSFET sub la sama nivelo estas 4 fojojn pli alta ol tiu de Si-bazita IGBT, tio estas ĉar la procezo de silicio-karbido estas kompleksa, en kiu la kresko de ununura kristalo kaj epitaxial estas ne nur severa sur la medio, sed ankaŭ la kreskorapideco estas malrapida, kaj la ununura kristala pretigo en la substraton devas trapasi la tranĉan kaj poluran procezon.Surbaze de siaj propraj materialaj trajtoj kaj nematura pretiga teknologio, la rendimento de hejma substrato estas malpli ol 50%, kaj diversaj faktoroj kondukas al altaj substratoj kaj epitaksiaj prezoj.
Tamen, la kostkonsisto de siliciokarburaj aparatoj kaj silicio-bazitaj aparatoj estas diametre kontraŭa, la substrataj kaj epitaksiaj kostoj de la antaŭa kanalo okupas respektive 47% kaj 23% de la tuta aparato, entute ĉirkaŭ 70%, la aparato-dezajno, fabrikado. kaj sigelaj ligiloj de la malantaŭa kanalo okupas nur 30%, la produktadkosto de silicio-bazitaj aparatoj estas ĉefe koncentrita en la obla fabrikado de la malantaŭa kanalo ĉirkaŭ 50%, kaj la substrata kosto okupas nur 7%.La fenomeno de la valoro de siliciokarbura industrioĉeno renverse signifas, ke kontraŭfluaj substrataj epitaksiaj fabrikistoj havas la kernan rajton paroli, kio estas la ŝlosilo al la aranĝo de enlandaj kaj eksterlandaj entreprenoj.
De la dinamika vidpunkto sur la merkato, redukti la koston de silicio-karbido, krom plibonigi la longan kristalon kaj tranĉaĵan procezon de silicio-karbido, estas pligrandigi la oblan grandecon, kiu ankaŭ estas la matura vojo de semikonduktaĵa disvolviĝo en la pasinteco, Wolfspeed-datumoj montras, ke la silicio-karbura substrato ĝisdatigo de 6 coloj al 8 coloj, kvalifikita blato produktado povas pliiĝi je 80% -90%, kaj helpi plibonigi la rendimenton.Povas redukti la kombinitan unukoston je 50%.
2023 estas konata kiel la "8-cola SiC unua jaro", ĉi-jare, enlandaj kaj eksterlandaj siliciokarbido-fabrikistoj akcelas la aranĝon de 8-cola silicio-karbido, kiel Wolfspeed freneza investo de 14,55 miliardoj da usonaj dolaroj por ekspansio de produktado de silicio-karbido, grava parto de kiu estas la konstruado de 8-cola SiC-substrato fabrikejo, Por certigi la estontan provizon de 200 mm SiC nuda metalo al kelkaj kompanioj;Hejma Tianyue Advanced kaj Tianke Heda ankaŭ subskribis longperspektivajn interkonsentojn kun Infineon por provizi 8-colajn siliciokarbidsubstratojn en la estonteco.
Ekde ĉi tiu jaro, siliciokarbido akcelos de 6 coloj al 8 coloj, Wolfspeed atendas, ke ĝis 2024, la unuobla pecetkosto de 8 coloj de substrato kompare kun la unuopata kosto de 6 coloj de substrato en 2022 estos reduktita je pli ol 60% , kaj la kostomalkresko plu malfermos la aplikaĵan merkaton, atentigis esplordatumojn de Ji Bond Consulting.La nuna merkatparto de 8-colaj produktoj estas malpli ol 2%, kaj la merkatparto estas atendita kreskos al ĉirkaŭ 15% antaŭ 2026.
Fakte, la indico de malkresko en la prezo de silicio-karbura substrato povas superi 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 falis, estas atendita fali sub 4000 juanoj venontjare, indas rimarki, ke iuj fabrikantoj por akiri la unuan merkaton, reduktis la vendoprezon al la kostlinio sube, Malfermis la modelon de la prezmilito, ĉefe koncentrita en la substrato de silicio-karburo. provizo estis relative sufiĉa en la malalttensia kampo, enlandaj kaj eksterlandaj fabrikistoj agreseme vastigas produktadkapaciton, aŭ lasu la silicio-karburan substraton superprovizon stadion pli frue ol imagite.
Afiŝtempo: Jan-19-2024