Οι προοπτικές εφαρμογής των υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών

Ποια είναι τα χαρακτηριστικά υλικού και οι τεχνικές απαιτήσεις των 12 ιντσώνΥποστρώματα καρβιδίου πυριτίου?

Α. Βασικά φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά του καρβιδίου του πυριτίου

Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του καρβιδίου του πυριτίου είναι το μεγάλο πλάτος του διακενού ζώνης, περίπου 3,26 eV για 4H-SiC ή 3,02 eV για 6H-SiC, σημαντικά υψηλότερο από το 1,1 eV του πυριτίου. Αυτό το ευρύ διάκενο επιτρέπει στο SiC να λειτουργεί κάτω από εξαιρετικά υψηλές εντάσεις ηλεκτρικού πεδίου και να αντέχει σε σημαντική θερμότητα χωρίς θερμική διάσπαση ή διάσπαση, καθιστώντας το το προτιμώμενο υλικό για ηλεκτρονικές συσκευές σε περιβάλλοντα υψηλής τάσης και υψηλής θερμοκρασίας.

Ηλεκτρικό πεδίο υψηλής διάσπασης: Το ηλεκτρικό πεδίο υψηλής διάσπασης του SiC (περίπου 10 φορές αυτό του πυριτίου) του επιτρέπει να λειτουργεί σταθερά υπό υψηλή τάση, επιτυγχάνοντας υψηλή πυκνότητα ισχύος και απόδοση σε ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος, ειδικά σε ηλεκτρικά οχήματα, μετατροπείς ισχύος και βιομηχανικά τροφοδοτικά.

Αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες: Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και η ικανότητα του SiC να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες (έως 600°C ή υψηλότερες) το καθιστούν ιδανική επιλογή για συσκευές που απαιτούνται για λειτουργία σε ακραία περιβάλλοντα, ιδιαίτερα στην αυτοκινητοβιομηχανία και την αεροδιαστημική βιομηχανία.

Απόδοση υψηλής συχνότητας: Αν και η κινητικότητα ηλεκτρονίων του SiC είναι χαμηλότερη από το πυρίτιο, εξακολουθεί να είναι επαρκής για την υποστήριξη εφαρμογών υψηλής συχνότητας. Επομένως, το SiC διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο σε πεδία υψηλών συχνοτήτων όπως η ασύρματη επικοινωνία, το ραντάρ και οι ενισχυτές ισχύος υψηλής συχνότητας.

Αντοχή στην ακτινοβολία: Η ισχυρή αντίσταση του SiC στην ακτινοβολία είναι ιδιαίτερα εμφανής στις διαστημικές συσκευές και στα ηλεκτρονικά πυρηνικής ενέργειας, όπου μπορεί να αντέξει παρεμβολές από εξωτερική ακτινοβολία χωρίς σημαντική υποβάθμιση της απόδοσης του υλικού.

Β. Βασικοί Τεχνικοί Δείκτες Υποστρωμάτων 12 ιντσών

Τα πλεονεκτήματα των υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών (300 mm) δεν αντικατοπτρίζονται μόνο στην αύξηση του μεγέθους αλλά και στις ολοκληρωμένες τεχνικές απαιτήσεις τους, οι οποίες καθορίζουν άμεσα τη δυσκολία κατασκευής και την απόδοση των τελικών συσκευών.

Κρυσταλλική Δομή: Το SiC έχει κυρίως δύο κοινές κρυσταλλικές δομές—4H-SiC και 6H-SiC. 4H-SiC, με την υψηλότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων και την εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, είναι πιο κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος, ενώ το 6H-SiC έχει υψηλότερη πυκνότητα ελαττώματος και φτωχότερη ηλεκτρονική απόδοση, που χρησιμοποιείται συνήθως για εφαρμογές χαμηλής ισχύος και χαμηλής συχνότητας. Για υποστρώματα 12 ιντσών, η επιλογή της κατάλληλης κρυσταλλικής δομής είναι ζωτικής σημασίας. Το 4H-SiC, με λιγότερα κρυσταλλικά ελαττώματα, είναι πιο κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος.

Ποιότητα επιφάνειας υποστρώματος: Η ποιότητα της επιφάνειας του υποστρώματος έχει άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση της συσκευής. Η ομαλότητα της επιφάνειας, η τραχύτητα και η πυκνότητα του ελαττώματος πρέπει να ελέγχονται αυστηρά. Μια τραχιά επιφάνεια όχι μόνο επηρεάζει την κρυσταλλική ποιότητα της συσκευής αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει σε πρόωρη αστοχία της συσκευής. Επομένως, η βελτίωση της ομαλότητας της επιφάνειας του υποστρώματος μέσω τεχνολογιών όπως το Chemical Mechanical Polishing (CMP) είναι ζωτικής σημασίας.

Έλεγχος πάχους και ομοιομορφίας: Το αυξημένο μέγεθος υποστρωμάτων 12 ιντσών σημαίνει υψηλότερες απαιτήσεις για ομοιομορφία πάχους και ποιότητα κρυστάλλου. Το ασυνεπές πάχος μπορεί να οδηγήσει σε άνιση θερμική καταπόνηση, επηρεάζοντας την απόδοση και την αξιοπιστία της συσκευής. Για τη διασφάλιση υψηλής ποιότητας υποστρωμάτων 12 ιντσών, πρέπει να χρησιμοποιηθούν ακριβείς διαδικασίες ανάπτυξης και επακόλουθων διεργασιών κοπής και στίλβωσης για να εξασφαλιστεί η συνέπεια του πάχους.

Γ. Μέγεθος και πλεονεκτήματα παραγωγής υποστρωμάτων 12 ιντσών

Καθώς η βιομηχανία ημιαγωγών κινείται προς μεγαλύτερα υποστρώματα, τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα στην αποδοτικότητα της παραγωγής και τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακάΥποστρώματα 6 ιντσών και 8 ιντσών, τα υποστρώματα 12 ιντσών μπορούν να παρέχουν περισσότερες περικοπές τσιπ, αυξάνοντας σημαντικά τον αριθμό των τσιπ που παράγονται ανά κύκλο παραγωγής, μειώνοντας έτσι σημαντικά το κόστος μονάδας τσιπ. Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέγεθος υποστρωμάτων 12 ιντσών παρέχει μια καλύτερη πλατφόρμα για την αποτελεσματική παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, μειώνοντας τα επαναλαμβανόμενα βήματα παραγωγής και βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση παραγωγής.

Πώς κατασκευάζονται τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών;

Α. Τεχνικές Ανάπτυξης Κρυστάλλων

Μέθοδος εξάχνωσης (PVT):

Η Μέθοδος Εξάχνωσης (Physical Vapor Transport, PVT) είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές ανάπτυξης κρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου, ιδιαίτερα κατάλληλη για την παραγωγή υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου μεγάλου μεγέθους. Σε αυτή τη διαδικασία, οι πρώτες ύλες καρβιδίου του πυριτίου εξαχνώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες και ο αέριος άνθρακας και το πυρίτιο ανασυνδυάζονται στο καυτό υπόστρωμα για να αναπτυχθούν σε κρυστάλλους. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου εξάχνωσης περιλαμβάνουν υψηλή καθαρότητα υλικού και καλή ποιότητα κρυστάλλου, κατάλληλα για την παραγωγή υψηλής ζήτησηςΥποστρώματα 12 ιντσών. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος αντιμετωπίζει επίσης ορισμένες προκλήσεις, όπως αργούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλές απαιτήσεις για αυστηρό έλεγχο της θερμοκρασίας και της ατμόσφαιρας.

Μέθοδος CVD (Εναπόθεση χημικών ατμών):

Στη διαδικασία CVD, αέριες πρόδρομες ουσίες (όπως SiCl4 και C6H6) αποσυντίθενται και εναποτίθενται στο υπόστρωμα για να σχηματίσουν ένα φιλμ σε υψηλές θερμοκρασίες. Σε σύγκριση με το PVT, η μέθοδος CVD μπορεί να παρέχει πιο ομοιόμορφη ανάπτυξη φιλμ και είναι κατάλληλη για τη συσσώρευση υλικών λεπτής μεμβράνης και τη λειτουργικότητα της επιφάνειας. Αν και η μέθοδος CVD έχει κάποιες δυσκολίες στον έλεγχο του πάχους, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως για τη βελτίωση της ποιότητας των κρυστάλλων και της ομοιομορφίας του υποστρώματος.

Β. Τεχνικές κοπής και στίλβωσης υποστρώματος

Κοπή κρυστάλλου:

Η κοπή υποστρωμάτων 12 ιντσών από κρυστάλλους μεγάλου μεγέθους είναι μια πολύπλοκη τεχνική. Η διαδικασία κοπής κρυστάλλων απαιτεί ακριβή έλεγχο της μηχανικής καταπόνησης για να διασφαλιστεί ότι το υπόστρωμα δεν θα ραγίσει ή δεν θα δημιουργήσει μικρορωγμές κατά την κοπή. Για τη βελτίωση της ακρίβειας κοπής, η τεχνολογία κοπής με λέιζερ χρησιμοποιείται συχνά ή συνδυάζεται με υπερήχους και μηχανικά εργαλεία υψηλής ακρίβειας για τη βελτίωση της ποιότητας κοπής.

Γυάλισμα και επεξεργασία επιφάνειας:

Το Chemical Mechanical Polishing (CMP) είναι μια βασική τεχνολογία για τη βελτίωση της ποιότητας της επιφάνειας του υποστρώματος. Αυτή η διαδικασία αφαιρεί μικροελαττώματα στην επιφάνεια του υποστρώματος μέσω της συνεργιστικής δράσης μηχανικής τριβής και χημικών αντιδράσεων, εξασφαλίζοντας ομαλότητα και επιπεδότητα. Η επεξεργασία επιφανειών όχι μόνο βελτιώνει τη γυαλάδα του υποστρώματος αλλά μειώνει επίσης τα ελαττώματα της επιφάνειας, βελτιστοποιώντας έτσι την απόδοση των επόμενων συσκευών.

Γ. Έλεγχος ελαττωμάτων υποστρώματος και ποιοτικός έλεγχος

Τύποι ελαττωμάτων:

Κοινά ελαττώματα σευποστρώματα καρβιδίου του πυριτίουπεριλαμβάνουν εξαρθρήματα, ελαττώματα πλέγματος και μικρορωγμές. Αυτά τα ελαττώματα μπορούν να επηρεάσουν άμεσα την ηλεκτρική απόδοση και τη θερμική σταθερότητα των συσκευών. Επομένως, είναι απαραίτητο να ελέγχετε αυστηρά την εμφάνιση αυτών των ελαττωμάτων κατά την ανάπτυξη του υποστρώματος, την κοπή και τη στίλβωση. Οι εξαρθρώσεις και τα ελαττώματα του πλέγματος συνήθως προέρχονται από ακατάλληλη ανάπτυξη κρυστάλλων ή υπερβολικές θερμοκρασίες κοπής.

Αξιολόγηση Ποιότητας:

Για να εξασφαλιστεί η ποιότητα του υποστρώματος, τεχνολογίες όπως η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και η μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM) χρησιμοποιούνται συνήθως για την επιθεώρηση ποιότητας επιφάνειας. Επιπλέον, οι δοκιμές ηλεκτρικής απόδοσης (όπως η αγωγιμότητα και η κινητικότητα) μπορούν να αξιολογήσουν περαιτέρω την ποιότητα του υποστρώματος.

Σε ποια πεδία εφαρμόζονται τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών;

Α. Ηλεκτρονικά Ισχύος και Συσκευές Ημιαγωγών Ισχύος

Τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές ημιαγωγών ισχύος, ιδιαίτερα σε MOSFET, IGBT και διόδους Schottky. Αυτές οι συσκευές εφαρμόζονται εκτενώς σε αποτελεσματική διαχείριση ενέργειας, βιομηχανικά τροφοδοτικά, μετατροπείς και ηλεκτρικά οχήματα. Τα χαρακτηριστικά ανοχής υψηλής τάσης και χαμηλής απώλειας μεταγωγής των συσκευών SiC τους επιτρέπουν να βελτιώσουν σημαντικά την απόδοση μετατροπής ισχύος, να μειώσουν την απώλεια ενέργειας και να προωθήσουν την ανάπτυξη τεχνολογιών πράσινης ενέργειας.

Β. Νέα Ενέργεια και Ηλεκτρικά Οχήματα

Στα ηλεκτρικά οχήματα, τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης και να βελτιώσουν την ταχύτητα φόρτισης της μπαταρίας και την αυτονομία. Λόγω της ικανότητας τουυλικά καρβιδίου του πυριτίουγια τον αποτελεσματικό χειρισμό σημάτων υψηλής τάσης και υψηλής συχνότητας, είναι επίσης απαραίτητα σε εξοπλισμό φόρτισης υψηλής ταχύτητας σε σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων.

Γ. Επικοινωνίες 5G και Ηλεκτρονικά Υψηλής Συχνότητας

Τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών, με την εξαιρετική τους απόδοση υψηλής συχνότητας, χρησιμοποιούνται ευρέως σε σταθμούς βάσης 5G και συσκευές ραδιοσυχνοτήτων υψηλής συχνότητας. Μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την απόδοση μετάδοσης σήματος και να μειώσουν την απώλεια σήματος, υποστηρίζοντας τη μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας των δικτύων 5G.

Δ. Τομέας Ενέργειας

Τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου έχουν επίσης σημαντικές εφαρμογές σε πεδία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς και η παραγωγή αιολικής ενέργειας. Βελτιώνοντας την απόδοση μετατροπής ενέργειας, οι συσκευές SiC μπορούν να μειώσουν την απώλεια ενέργειας και να ενισχύσουν τη σταθερότητα και την αξιοπιστία του εξοπλισμού του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας.

Ποιες είναι οι προκλήσεις και τα σημεία συμφόρησης των υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών;

Α. Κόστος Παραγωγής και Μεγάλης Κλίμακας Παραγωγής

Το κόστος παραγωγής των 12 ιντσώνγκοφρέτες καρβιδίου του πυριτίουπαραμένει υψηλή, αντανακλώντας κυρίως στις πρώτες ύλες, τις επενδύσεις σε εξοπλισμό και την τεχνολογική έρευνα και ανάπτυξη. Το πώς να ξεπεράσετε τις τεχνικές προκλήσεις της παραγωγής μεγάλης κλίμακας και να μειώσετε το κόστος παραγωγής μονάδας είναι το κλειδί για την προώθηση της εκλαΐκευσης της τεχνολογίας καρβιδίου του πυριτίου.

Β. Ελαττώματα υποστρώματος και συνέπεια ποιότητας

Παρόλο που τα υποστρώματα 12 ιντσών έχουν πλεονεκτήματα παραγωγής, ενδέχεται να παρουσιαστούν ελαττώματα κατά τη διάρκεια των διαδικασιών ανάπτυξης κρυστάλλου, κοπής και στίλβωσης, οδηγώντας σε ασυνεπή ποιότητα υποστρώματος. Πώς να μειώσετε την πυκνότητα των ελαττωμάτων και να βελτιώσετε τη συνέπεια της ποιότητας μέσω καινοτόμων τεχνολογιών είναι το επίκεντρο της μελλοντικής έρευνας.

Γ. Ζήτηση για ενημερώσεις εξοπλισμού και τεχνολογίας

Η ζήτηση για εξοπλισμό κοπής και στίλβωσης υψηλής ακρίβειας αυξάνεται. Ταυτόχρονα, ο ακριβής ποιοτικός έλεγχος των υποστρωμάτων που βασίζεται σε νέες τεχνολογίες ανίχνευσης (όπως μικροσκοπία ατομικής δύναμης, σάρωση δέσμης ηλεκτρονίων κ.λπ.) είναι το κλειδί για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής και της ποιότητας του προϊόντος.

Εμείς στη Semicorex παρέχουμε μια σειρά απόΓκοφρέτες υψηλής ποιότηταςσχολαστικά σχεδιασμένο για να ανταποκρίνεται στις απαιτητικές απαιτήσεις της βιομηχανίας ημιαγωγών, εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή χρειάζεστε πρόσθετες λεπτομέρειες, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.

Τηλέφωνο επικοινωνίας: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com