Ynlieding ta silisiumkarbid
Silisiumkarbid (SiC) is in gearstald healgeleidermateriaal gearstald út koalstof en silisium, dat ien fan 'e ideale materialen is foar it meitsjen fan apparaten mei hege temperatuer, hege frekwinsje, hege krêft en hege spanning. Yn ferliking mei it tradisjonele silisiummateriaal (Si) is de bandgap fan silisiumkarbid 3 kear dy fan silisium. De termyske geleidingsfermogen is 4-5 kear dy fan silisium; De trochbraakspanning is 8-10 kear dy fan silisium; De driftsnelheid fan elektroanyske sêding is 2-3 kear dy fan silisium, wat foldocht oan 'e behoeften fan' e moderne yndustry foar hege krêft, hege spanning en hege frekwinsje. It wurdt benammen brûkt foar de produksje fan hege snelheid, hege frekwinsje, hege krêft en ljochtútstjittende elektroanyske komponinten. De downstream tapassingsfjilden omfetsje smart grid, nije enerzjyauto's, fotovoltaïske wynenerzjy, 5G-kommunikaasje, ensfh. Silisiumkarbiddiodes en MOSFET's binne kommersjeel tapast.
Hege temperatuerresistinsje. De bandgapbreedte fan silisiumkarbid is 2-3 kear dy fan silisium, de elektroanen binne net maklik te oergean by hege temperatueren, en kinne hegere wurktemperatueren ferneare, en de termyske geliedingsfermogen fan silisiumkarbid is 4-5 kear dy fan silisium, wêrtroch't de waarmteôffier fan it apparaat makliker is en de limytwurktemperatuer heger is. De hege temperatuerresistinsje kin de krêftdichtheid signifikant ferheegje, wylst de easken oan it koelsysteem wurde fermindere, wêrtroch't de terminal lichter en lytser wurdt.
Hege druk wjerstean. De trochbraak-elektryske fjildsterkte fan silisiumkarbid is 10 kear dy fan silisium, dat hegere spanningen kin wjerstean en geskikter is foar apparaten mei hege spanning.
Hege frekwinsjeresistinsje. Silisiumkarbid hat in verzadigde elektrondriftsnelheid dy't twa kear sa heech is as silisium, wat resulteart yn 'e ôfwêzigens fan stroomstaart tidens it ôfslutingsproses, wat de skeakelfrekwinsje fan it apparaat effektyf kin ferbetterje en de miniaturisaasje fan it apparaat kin realisearje.
Leech enerzjyferlies. Yn ferliking mei silisiummateriaal hat silisiumkarbid in tige lege oanslútwjerstân en leech oanslútferlies. Tagelyk ferminderet de hege bandgapbreedte fan silisiumkarbid de lekstroom en it fermogenferlies sterk. Derneist hat it silisiumkarbidapparaat gjin stroomsleepferskynsel tidens it útskeakelproses, en it skeakelferlies is leech.
Silisiumkarbid yndustryketen
It omfettet benammen substraat, epitaksy, apparaatûntwerp, fabrikaazje, fersegeling en sa. Silisiumkarbid fan it materiaal oant it healgeleider-krêftapparaat sil ienkristalgroei, ingots snijden, epitaksiale groei, waferûntwerp, fabrikaazje, ferpakking en oare prosessen ûnderfine. Nei de synteze fan silisiumkarbidpoeier wurdt earst de silisiumkarbid-ingot makke, en dan wurdt it silisiumkarbid-substraat krigen troch snijden, slypjen en polyskjen, en de epitaksiale plaat wurdt krigen troch epitaksiale groei. De epitaksiale wafer wurdt makke fan silisiumkarbid troch litografy, etsen, ionymplantaasje, metaalpassivaasje en oare prosessen, de wafer wurdt yn in matrijs snien, it apparaat wurdt ynpakt, en it apparaat wurdt kombineare ta in spesjale skulp en gearstald ta in module.
Stroomop fan 'e yndustryketen 1: substraat - kristalgroei is de kearnprosesferbining
Silisiumkarbidsubstraat is goed foar sawat 47% fan 'e kosten fan silisiumkarbidapparaten, de heechste produksjetechnyske barriêre, de grutste wearde, en is de kearn fan 'e takomstige grutskalige yndustrialisaasje fan SiC.
Fanút it perspektyf fan ferskillen yn elektrogemyske eigenskippen kinne silisiumkarbide-substraatmaterialen wurde ferdield yn geleidende substraten (wjerstânsgebiet 15~30mΩ·cm) en heal-isolearre substraten (wjerstân heger as 105Ω·cm). Dizze twa soarten substraten wurde brûkt om aparte apparaten te meitsjen lykas stroomfoarsjenningsapparaten en radiofrekwinsjeapparaten nei epitaksiale groei. Dêrûnder wurdt heal-isolearre silisiumkarbide-substraat benammen brûkt by de fabrikaazje fan galliumnitride RF-apparaten, fotoelektryske apparaten ensafuorthinne. Troch it groeien fan in gan-epitaksiale laach op in heal-isolearre SIC-substraat wurdt de sic-epitaksiale plaat taret, dy't fierder taret wurde kin ta HEMT gan-iso-nitride RF-apparaten. Geliedend silisiumkarbide-substraat wurdt benammen brûkt by de fabrikaazje fan stroomfoarsjenningsapparaten. Oars as it tradisjonele produksjeproses fan silisiumkrêftapparaten, kin it silisiumkarbidkrêftapparaat net direkt makke wurde op it silisiumkarbidsubstraat, moat de epitaksiale laach fan silisiumkarbid op it geleidende substraat groeid wurde om de epitaksiale plaat fan silisiumkarbid te krijen, en de epitaksiale laach wurdt makke op 'e Schottky-diode, MOSFET, IGBT en oare krêftapparaten.
Silisiumkarbidpoeier waard synthesisearre út koalstofpoeier mei hege suverens en silisiumpoeier mei hege suverens, en ferskate grutte fan silisiumkarbidstaven waarden groeid ûnder in spesjaal temperatuerfjild, en doe waard it silisiumkarbidsubstraat produsearre troch meardere ferwurkingsprosessen. It kearnproses omfettet:
Raw materiaalsynteze: It heechsuvere silisiumpoeier + toner wurdt mingd neffens de formule, en de reaksje wurdt útfierd yn 'e reaksjekeamer ûnder de hege temperatuerbetingsten boppe 2000 °C om de silisiumkarbidpartikels te synthesisearjen mei spesifyk kristaltype en dieltsjegrutte. Dan troch it ferpletterjen, screenen, skjinmeitsjen en oare prosessen, om te foldwaan oan 'e easken fan heechsuvere silisiumkarbidpoeiergrûnstoffen.
Kristalgroei is it kearnproses fan 'e produksje fan silisiumkarbidsubstraat, dat de elektryske eigenskippen fan silisiumkarbidsubstraat bepaalt. Op it stuit binne de wichtichste metoaden foar kristalgroei fysike dampoerdracht (PVT), gemyske dampôfsetting by hege temperatuer (HT-CVD) en floeibere faze-epitaxy (LPE). Under harren is de PVT-metoade op it stuit de mainstreammetoade foar kommersjele groei fan SiC-substraat, mei de heechste technyske folwoeksenheid en de meast brûkte yn 'e technyk.
De tarieding fan SiC-substraat is lestich, wat liedt ta de hege priis
Temperatuerfjildkontrôle is lestich: Si-kristalstanggroei hat mar 1500 ℃ nedich, wylst SiC-kristalstang groeid wurde moat by in hege temperatuer boppe 2000 ℃, en d'r binne mear as 250 SiC-isomeren, mar de wichtichste 4H-SiC ienkristalstruktuer foar de produksje fan krêftapparaten, as net presys kontroleare, sil oare kristalstrukturen krije. Derneist bepaalt de temperatuergradiënt yn 'e kroes de taryf fan SiC-sublimaasje-oerdracht en de rangskikking en groeimodus fan gasfoarmige atomen op 'e kristalynterface, wat ynfloed hat op 'e kristalgroeisnelheid en kristalkwaliteit, dus is it nedich om in systematyske temperatuerfjildkontrôletechnology te foarmjen. Yn ferliking mei Si-materialen is it ferskil yn SiC-produksje ek yn hege temperatuerprosessen lykas hege temperatuer-ionymplantaasje, hege temperatueroksidaasje, hege temperatueraktivaasje, en it hurde maskerproses dat fereaske wurdt troch dizze hege temperatuerprosessen.
Stadige kristalgroei: de groeisnelheid fan Si-kristalstangen kin 30 ~ 150 mm/oere berikke, en de produksje fan 1-3 m silisiumkristalstangen duorret mar sawat 1 dei; bygelyks mei de PVT-metoade fan SiC-kristalstangen is de groeisnelheid sawat 0,2-0,4 mm/oere, it duorret 7 dagen om minder as 3-6 sm te groeien, de groeisnelheid is minder as 1% fan it silisiummateriaal, en de produksjekapasiteit is ekstreem beheind.
Hege produktparameters en lege opbringst: de kearnparameters fan SiC-substraat omfetsje mikrotubuledichtheid, dislokaasjedichtheid, wjerstân, kromming, oerflakteruwheid, ensfh. It is in komplekse systeemtechnyk om atomen yn in sletten hege-temperatuerkeamer te regeljen en kristalgroei te foltôgjen, wylst parameteryndeksen kontroleare wurde.
It materiaal hat hege hurdens, hege brosheid, lange snijtiid en hege slijtage: SiC Mohs-hurdens fan 9.25 is twadde allinich nei diamant, wat liedt ta in wichtige ferheging fan 'e swierrichheid fan snijden, slypjen en polijsten, en it duorret sawat 120 oeren om 35-40 stikken fan in 3 sm dikke ingot te snijen. Derneist, fanwegen de hege brosheid fan SiC, sil de slijtage by waferferwurking mear wêze, en de útfierferhâlding is mar sawat 60%.
Untwikkelingstrend: Grutteferheging + priisferleging
De wrâldwide SiC-merk foar 6-inch folumeproduksjelinen wurdt folwoeksener, en liedende bedriuwen binne de 8-inch merk yngien. Ynlânske ûntwikkelingsprojekten binne benammen 6 inch. Op it stuit, hoewol de measte ynlânske bedriuwen noch basearre binne op 4-inch produksjelinen, wreidet de yndustry stadichoan út nei 6-inch, mei de folwoeksenheid fan 6-inch stipeapparatuertechnology, ferbetteret de ynlânske SiC-substraattechnology ek stadichoan, de skaalfoardielen fan grutte produksjelinen sille reflektearre wurde, en it hjoeddeistige tiidsferskil fan 'e ynlânske 6-inch massaproduksje is lytser wurden nei 7 jier. De gruttere wafergrutte kin liede ta in tanimming fan it oantal ienkele chips, it ferbetterjen fan de opbringstrate, en it ferminderjen fan it oandiel fan rânechips, en de kosten fan ûndersyk en ûntwikkeling en opbringstferlies sille op sawat 7% hâlden wurde, wêrtroch it gebrûk fan wafers ferbetteret.
Der binne noch in soad swierrichheden yn it ûntwerp fan apparaten
De kommersjalisaasje fan SiC-diodes wurdt stadichoan ferbettere, op it stuit hawwe in oantal ynlânske fabrikanten SiC SBD-produkten ûntworpen, SiC SBD-produkten foar middelgrutte en hege spanning hawwe in goede stabiliteit, yn 'e OBC fan auto's, it gebrûk fan SiC SBD + SI IGBT om in stabile stroomdichtheid te berikken. Op it stuit binne d'r gjin barriêres yn it patintûntwerp fan SiC SBD-produkten yn Sina, en de kloof mei bûtenlânske lannen is lyts.
SiC MOS hat noch in protte swierrichheden, der is noch in gat tusken SiC MOS en bûtenlânske fabrikanten, en it relevante produksjeplatfoarm is noch yn oanbou. Op it stuit hawwe ST, Infineon, Rohm en oare 600-1700V SiC MOS massaproduksje berikt en tekene en ferstjoerd mei in protte produksje-yndustryen, wylst it hjoeddeistige ynlânske SiC MOS-ûntwerp yn prinsipe foltôge is, wurkje in oantal ûntwerpfabrikanten mei fabriken yn 'e waferflow-faze, en lettere klantferifikaasje kostet noch wat tiid, dus der is noch in lange tiid foar grutskalige kommersjalisaasje.
Op it stuit is de planêre struktuer de mainstream kar, en it sleuftype wurdt yn 'e takomst in soad brûkt yn it hege-drukfjild. Der binne in soad fabrikanten fan SiC MOS mei planêre struktuer, mar de planêre struktuer is net maklik om lokale ôfbraakproblemen te produsearjen yn ferliking mei de groef, wat de stabiliteit fan it wurk beynfloedet. Yn 'e merk ûnder 1200V hat it in breed skala oan tapassingswearde, en de planêre struktuer is relatyf ienfâldich yn 'e produksjekant, om te foldwaan oan de twa aspekten fan fabrikaazjeberens en kostenkontrôle. It groefapparaat hat de foardielen fan ekstreem lege parasitêre induktânsje, hege skeakelsnelheid, leech ferlies en relatyf hege prestaasjes.
2--SiC wafer nijs
Silisiumkarbidmerkproduksje en ferkeapgroei, let op strukturele ûnbalâns tusken oanbod en fraach
Mei de rappe groei fan 'e merkfraach nei hege-frekwinsje en hege-krêft krêftelektronika, is de fysike limyt knelpunt fan silisium-basearre healgeleiderapparaten stadichoan prominent wurden, en de tredde generaasje healgeleidermaterialen fertsjintwurdige troch silisiumkarbid (SiC) binne stadichoan yndustrialisearre. Fanút it eachpunt fan materiaalprestaasjes hat silisiumkarbid 3 kear de bandgapbreedte fan silisiummateriaal, 10 kear de krityske trochbraak elektryske fjildsterkte, 3 kear de termyske geleidingsfermogen, sadat silisiumkarbid krêftapparaten geskikt binne foar hege frekwinsje, hege druk, hege temperatuer en oare tapassingen, en helpe om de effisjinsje en krêftdichtheid fan krêftelektronikasystemen te ferbetterjen.
Op it stuit binne SiC-diodes en SiC MOSFET's stadichoan op 'e merk kommen, en d'r binne mear folwoeksen produkten, wêrûnder SiC-diodes yn guon fjilden in soad brûkt wurde ynstee fan silisium-basearre diodes, om't se net it foardiel hawwe fan omkearde herstellading; SiC MOSFET wurdt ek stadichoan brûkt yn 'e auto-yndustry, enerzjyopslach, oplaadstapel, fotovoltaïsche en oare fjilden; Op it mêd fan auto-tapassingen wurdt de trend fan modularisaasje hieltyd promininter, de superieure prestaasjes fan SiC moatte fertrouwe op avansearre ferpakkingsprosessen om te berikken, technysk mei relatyf folwoeksen skelpsealing as de mainstream, de takomst of foar de ûntwikkeling fan plestiksealing, syn oanpaste ûntwikkelingskarakteristiken binne geskikter foar SiC-modules.
Silisiumkarbide priisdaling snelheid of boppe ferbylding
De tapassing fan silisiumkarbide apparaten wurdt benammen beheind troch de hege kosten, de priis fan SiC MOSFET ûnder itselde nivo is 4 kear heger as dy fan Si-basearre IGBT, dit komt om't it proses fan silisiumkarbid kompleks is, wêrby't de groei fan ienkristallen en epitaksiale net allinich hurd is foar it miljeu, mar ek de groeisnelheid stadich is, en de ienkristallenferwurking yn it substraat moat troch it snij- en polearproses gean. Op basis fan syn eigen materiaaleigenskippen en ûnrype ferwurkingstechnology is de opbringst fan húshâldlik substraat minder as 50%, en ferskate faktoaren liede ta hege substraat- en epitaksiale prizen.
De kostenkomposysje fan silisiumkarbide-apparaten en silisium-basearre apparaten is lykwols diametraal tsjinoersteld, de substraat- en epitaksiale kosten fan it foarkanaal meitsje respektivelik 47% en 23% út fan it heule apparaat, yn totaal sawat 70%, it ûntwerp, de produksje en de ôfsluting fan it apparaat yn it efterkanaal meitsje mar 30% út, de produksjekosten fan silisium-basearre apparaten binne benammen konsintrearre yn 'e waferproduksje fan it efterkanaal mei sawat 50%, en de substraatkosten binne mar 7%. It ferskynsel fan 'e wearde fan' e silisiumkarbide-yndustryketen op 'e kop betsjut dat upstream substraat-epitaksyfabrikanten it kearnrjocht hawwe om te sprekken, wat de kaai is foar de yndieling fan binnen- en bûtenlânske bedriuwen.
Fanút it dynamysk eachpunt fan 'e merk is it ferminderjen fan 'e kosten fan silisiumkarbid, neist it ferbetterjen fan it lange kristal en it snijproses fan silisiumkarbid, it útwreidzjen fan 'e wafergrutte, wat ek it folwoeksen paad wie fan 'e ûntwikkeling fan healgeleiders yn it ferline. Wolfspeed-gegevens litte sjen dat de opwurdearring fan it silisiumkarbid-substraat fan 6 inch nei 8 inch de produksje fan kwalifisearre chip mei 80% -90% kin ferheegje, en helpe om de opbringst te ferbetterjen. Kin de kombineare ienheidskosten mei 50% ferminderje.
2023 stiet bekend as it "earste jier fan 8 inch SiC", dit jier fersnelle binnen- en bûtenlânske silisiumkarbidfabrikanten de yndieling fan 8 inch silisiumkarbid, lykas Wolfspeed's gekke ynvestearring fan 14,55 miljard Amerikaanske dollars foar útwreiding fan silisiumkarbidproduksje, wêrfan in wichtich ûnderdiel de bou fan in 8 inch SiC-substraatproduksjefabryk is. Om de takomstige oanfier fan 200 mm SiC bleat metaal oan in oantal bedriuwen te garandearjen, hawwe Domestic Tianyue Advanced en Tianke Heda ek lange-termyn oerienkomsten tekene mei Infineon om yn 'e takomst 8 inch silisiumkarbidsubstraten te leverjen.
Fan dit jier ôf sil silisiumkarbid fersnelle fan 6 inch nei 8 inch, Wolfspeed ferwachtet dat yn 2024 de ienheidschipkosten fan in 8-inch substraat yn ferliking mei de ienheidschipkosten fan in 6-inch substraat yn 2022 mei mear as 60% sille wurde fermindere, en de kostendaling sil de applikaasjemerk fierder iepenje, wiisden ûndersyksgegevens fan Ji Bond Consulting. It hjoeddeistige merkoandiel fan 8-inch produkten is minder as 2%, en it merkoandiel wurdt ferwachte te groeien nei sawat 15% yn 2026.
Eins kin de taryf fan delgong yn 'e priis fan silisiumkarbide substraat de ferbylding fan in protte minsken oertreffe. It hjoeddeistige merkoanbod fan 6-inch substraat is 4000-5000 yuan / stik. Yn ferliking mei it begjin fan it jier is it flink sakke, en wurdt ferwachte dat it takom jier ûnder de 4000 yuan sil falle. It is it neamen wurdich dat guon fabrikanten, om de earste merk te krijen, de ferkeappriis nei de kostenline hjirûnder hawwe ferlege. It iepene model fan 'e priisoarloch, benammen konsintrearre yn it oanbod fan silisiumkarbide substraat, dat relatyf genôch is yn it leechspanningsfjild. Ynlânske en bûtenlânske fabrikanten wreidzje de produksjekapasiteit agressyf út, of litte it oeroanbod fan silisiumkarbide substraat earder as ferwachte.
Pleatsingstiid: 19 jannewaris 2024