Yntroduksje ta silisiumkarbid
Silisiumkarbid (SiC) is in gearstald semiconductor materiaal gearstald út koalstof en silisium, dat is ien fan de ideale materialen foar it meitsjen fan hege temperatuer, hege frekwinsje, hege macht en hege spanning apparaten.Yn ferliking mei it tradisjonele silisiummateriaal (Si), is de bandgap fan silisiumkarbid 3 kear dat fan silisium.De termyske conductivity is 4-5 kear dat fan silisium;De ôfbraakspanning is 8-10 kear dy fan silisium;De elektroanyske sêding drift rate is 2-3 kear dat fan silisium, dat foldocht oan de behoeften fan moderne yndustry foar hege macht, hege spanning en hege frekwinsje.It wurdt benammen brûkt foar de produksje fan hege snelheid, hege frekwinsje, hege krêft en ljocht-emittearjende elektroanyske komponinten.De streamôfwerts tapassingsfjilden omfetsje smart grid, nije enerzjyauto's, fotovoltaïske wynkrêft, 5G-kommunikaasje, ensfh. Silisiumkarbiddioden en MOSFET's binne kommersjeel tapast.
Hege temperatuer ferset.De bandbreedte fan silisiumkarbid is 2-3 kear dat fan silisium, de elektroanen binne net maklik te oergean by hege temperatueren, en kinne hegere wurktemperatueren ferneare, en de termyske konduktiviteit fan silisiumkarbid is 4-5 kear dat fan silisium, wêrtroch it apparaat waarmte dissipaasje makliker en de limyt wurking temperatuer heger.De hege temperatuerresistinsje kin de krêftdichtheid signifikant ferheegje, wylst de easken oan it koelsysteem ferminderje, wêrtroch de terminal lichter en lytser wurdt.
Standert hege druk.De ôfbraak elektryske fjildsterkte fan silisiumkarbid is 10 kear dy fan silisium, dat kin tsjin hegere spanningen en is mear geskikt foar hege-spanning apparaten.
Hege frekwinsje ferset.Silisiumkarbid hat in verzadigde elektrondriftrate twa kear dat fan silisium, wat resulteart yn it ûntbrekken fan aktuele tailing tidens it ôfslutingsproses, wat de skeakelfrekwinsje fan it apparaat effektyf kin ferbetterje en de miniaturisaasje fan it apparaat realisearje.
Leech enerzjyferlies.Yn ferliking mei silisiummateriaal hat silisiumkarbid heul leech ferset en leech ferlies.Tagelyk, de hege band-gap breedte fan silisium carbid sterk ferminderet de lekkage hjoeddeistige en it macht ferlies.Derneist hat it silisiumkarbidapparaat gjin aktueel efterfolgjende ferskynsel tidens it ôfslutingsproses, en it skeakelferlies is leech.
Silisiumkarbidyndustryketen
It omfettet benammen substraat, epitaksy, apparaatûntwerp, fabrikaazje, sealing ensafuorthinne.Silisiumkarbid fan it materiaal nei it semiconductor-krêftapparaat sil ienkristalgroei, ingotsnijen, epitaksiale groei, wafelûntwerp, fabrikaazje, ferpakking en oare prosessen ûnderfine.Nei de synteze fan silisiumkarbidpoeder wurdt earst de silisiumkarbidingot makke, en dan wurdt it silisiumkarbidsubstraat krigen troch snijden, grinden en polearjen, en it epitaksiale blêd wurdt krigen troch epitaksiale groei.De epitaksiale wafer is makke fan silisiumkarbid troch litografy, etsen, ion-ymplantaasje, metalen passivaasje en oare prosessen, de wafel wurdt yn die, it apparaat wurdt ferpakt, en it apparaat wurdt kombinearre yn in spesjale shell en gearstald yn in module.
Streamop fan 'e yndustryketen 1: substraat - kristalgroei is de kearnprosesferbining
Silisiumkarbidsubstraat makket sawat 47% fan 'e kosten fan silisiumkarbidapparaten út, de heechste technyske barriêres foar produksje, de grutste wearde, is de kearn fan' e takomstige grutskalige yndustrialisaasje fan SiC.
Fanút it perspektyf fan ferskillen yn elektrogemyske eigenskippen kinne silisiumkarbidsubstraatmaterialen wurde ferdield yn konduktyf substraten (resistiviteitsregio 15 ~ 30mΩ·cm) en semi-isolearre substraten (resistiviteit heger as 105Ω·cm).Dizze twa soarten substraten wurde brûkt foar it produsearjen fan diskrete apparaten lykas krêftapparaten en radiofrekwinsjeapparaten respektivelik nei epitaksiale groei.Under harren wurdt semi-isolearre silisiumkarbidsubstraat benammen brûkt yn 'e fabrikaazje fan galliumnitride RF-apparaten, fotoelektryske apparaten ensafuorthinne.Troch it groeien fan gan epitaksiale laach op semy-isolearre SIC substraat, wurdt de sic epitaksiale plaat taret, dy't fierder taret wurde kin yn HEMT gan iso-nitride RF-apparaten.Conductive silisium carbid substraat wurdt benammen brûkt by it meitsjen fan macht apparaten.Oars as it tradisjonele fabrikaazjeproses fan silisium-machtapparaten, kin it silisiumkarbid-krêftapparaat net direkt makke wurde op it silisiumkarbidsubstraat, de epitaksiale silisiumkarbidlaach moat groeid wurde op it liedende substraat om it epitaksiale silisiumkarbidblêd en it epitaksiaal te krijen. laach wurdt produsearre op de Schottky diode, MOSFET, IGBT en oare macht apparaten.
Silicon carbide poeder waard synthesized út hege suverens koalstof poeder en hege suverens silisium poeder, en ferskillende maten fan silisium carbid ingot waarden groeid ûnder spesjale temperatuer fjild, en dan silisium carbid substraat waard produsearre troch meardere ferwurkjen prosessen.It kearnproses omfettet:
Raw materiaal synteze: De hege suverens silisium poeder + toner wurdt mingd neffens de formule, en de reaksje wurdt útfierd yn de reaksje keamer ûnder de hege temperatuer betingst boppe 2000 ° C te synthesize de silisium carbid dieltsjes mei spesifike kristal type en dieltsje grutte.Dan troch de crushing, screening, skjinmeitsjen en oare prosessen, te foldwaan oan de easken fan hege suverens silisium carbid poeder grûnstoffen.
Kristalgroei is it kearnproses fan silisiumkarbidsubstraatproduksje, dat de elektryske eigenskippen fan silisiumkarbidsubstraat bepaalt.Op it stuit binne de wichtichste metoaden foar kristalgroei fysike dampferfier (PVT), gemyske dampdeposysje op hege temperatuer (HT-CVD) en floeibere faze epitaksy (LPE).Under harren is PVT-metoade de mainstream-metoade foar kommersjele groei fan SiC-substraat op it stuit, mei de heechste technyske maturiteit en de meast brûkte yn engineering.
De tarieding fan SiC-substraat is lestich, wat liedt ta syn hege priis
Temperatuerfjildkontrôle is lestich: Si-kristalroede groei hat allinich 1500 ℃ nedich, wylst SiC-kristalroede moat wurde groeid op in hege temperatuer boppe 2000 ℃, en d'r binne mear as 250 SiC-isomers, mar de wichtichste 4H-SiC-ienkristalstruktuer foar de produksje fan macht apparaten, as net sekuere kontrôle, sil krije oare crystal struktueren.Derneist bepaalt de temperatuergradient yn 'e kroes de taryf fan SiC-sublimaasjeferfier en de regeling en groeimodus fan gasfoarmige atomen op' e kristal-ynterface, dy't de kristalgroeisnelheid en de kristalkwaliteit beynfloedet, dus it is needsaaklik om in systematysk temperatuerfjild te foarmjen. kontrôle technology.Yn ferliking mei Si-materialen is it ferskil yn SiC-produksje ek yn prosessen mei hege temperatueren lykas ion-implantaasje op hege temperatuer, oksidaasje fan hege temperatuer, aktivearring fan hege temperatueren, en it hurde maskerproses dat nedich is troch dizze hege temperatuerprosessen.
Slow crystal groei: de groei taryf fan Si crystal rod kin berikke 30 ~ 150mm / h, en de produksje fan 1-3m silisium crystal rod mar duorret likernôch 1 dei;SiC crystal rod mei PVT metoade as foarbyld, de groei taryf is oer 0.2-0.4mm / h, 7 dagen te groeien minder as 3-6cm, de groei taryf is minder as 1% fan it silisium materiaal, de produksje kapasiteit is ekstreem beheind.
Hege produkt parameters en lege opbringst: de kearn parameters fan SiC substraat befetsje microtubule tichtens, dislocation tichtens, resistivity, warpage, oerflak rûchheid, ensfh It is in kompleks systeem engineering te regeljen atomen yn in sletten hege-temperatuer keamer en folsleine crystal groei, wylst it kontrolearjen fan parameteryndeksen.
It materiaal hat hege hurdens, hege brittleness, lange cutting tiid en hege wear: SiC Mohs hurdens fan 9,25 is twadde allinne foar diamant, wat liedt ta in signifikante tanimming fan de muoite fan cutting, slypjen en polearjen, en it duorret likernôch 120 oeren snij 35-40 stikken fan in 3cm dik ingot.Derneist, troch de hege brittleness fan SiC, sil waferferwurking wear mear wêze, en de útfierferhâlding is mar sawat 60%.
Untwikkelingstrend: Grutteferheging + priisfermindering
De wrâldwide SiC merk 6-inch folume produksje line wurdt maturing, en liedende bedriuwen binne ynfierd de 8-inch merk.Ynlânske ûntwikkelingsprojekten binne benammen 6 inch.Op it stuit, hoewol de measte ynlânske bedriuwen binne noch basearre op 4-inch produksje linen, mar de yndustry wurdt stadichoan útwreidzjen nei 6-inch, mei de folwoeksenheid fan 6-inch stypjende apparatuer technology, ynlânske SiC substraat technology is ek stadichoan ferbetterjen fan de ekonomy fan skaal fan grutte produksje linen sille wurde wjerspegele, en de hjoeddeiske binnenlandse 6-inch massa produksje tiid gat is beheind ta 7 jier.De gruttere wafelgrutte kin in tanimming fan it oantal inkele chips bringe, it opbringstrate ferbetterje, en it oanpart fan rânechips ferminderje, en de kosten fan ûndersyk en ûntwikkeling en opbringstferlies sille wurde hanthavene op sawat 7%, wêrtroch wafer ferbetterje utilisaasje.
D'r binne noch in protte swierrichheden yn apparaatûntwerp
De kommersjalisaasje fan SiC diode wurdt stadichoan ferbettere, op it stuit, in oantal ynlânske fabrikanten hawwe ûntwurpen SiC SBD produkten, medium en hege spanning SiC SBD produkten hawwe goede stabiliteit, yn it auto OBC, it brûken fan SiC SBD + SI IGBT te berikken stabyl hjoeddeistige tichtens.Op it stuit binne d'r gjin barriêres yn it patintûntwerp fan SiC SBD-produkten yn Sina, en it gat 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 oanbelangjende produksjeplatfoarm is noch yn oanbou.Op it stuit, ST, Infineon, Rohm en oare 600-1700V SiC MOS hawwe berikt massa produksje en tekene en ferstjoerd mei in protte manufacturing yndustry, wylst de hjoeddeiske ynlânske SiC MOS design is yn prinsipe foltôge, in oantal ûntwerp fabrikanten wurkje mei fabs by de wafer flow poadium, en letter klant ferifikaasje moat noch wat tiid, dus der is noch in lange tiid fan grutskalige kommersialisaasje.
Op it stuit is de planêre struktuer de mainstream kar, en it grêfttype wurdt yn 'e takomst in soad brûkt yn it hege drukfjild.Planar struktuer SiC MOS fabrikanten binne in protte, de planar struktuer is net maklik te produsearje lokale ôfbraak problemen yn ferliking mei de groove, beynfloedet de stabiliteit fan it wurk, yn 'e merk ûnder 1200V hat in breed oanbod fan tapassing wearde, en de planar struktuer is relatyf ienfâldich yn 'e manufacturing ein, te foldwaan oan de manufacturability en kosten kontrôle twa aspekten.De groove apparaat hat de foardielen fan ekstreem lege parasitêr inductance, flugge switching snelheid, lege ferlies en relatyf hege prestaasjes.
2--SiC wafer nijs
Silicon carbide merk produksje en ferkeap groei, betelje omtinken oan strukturele ûnbalâns tusken oanbod en fraach
Mei de rappe groei fan 'e merkfraach foar elektroanika mei hege frekwinsje en hege krêft, is de fysike limytknelhals fan silisium-basearre semiconductor-apparaten stadichoan prominint wurden, en de tredde-generaasje halfgeleidermaterialen fertsjintwurdige troch silisiumkarbid (SiC) binne stadichoan prominint wurden. yndustrialisearre wurde.Ut it eachpunt fan materiaal prestaasjes, silisium carbid hat 3 kear de band gap breedte fan silisium materiaal, 10 kear de krityske ôfbraak elektryske fjild sterkte, 3 kear de termyske conductivity, sadat silisium carbid macht apparaten binne geskikt foar hege frekwinsje, hege druk, hege temperatuer en oare applikaasjes, helpe te ferbetterjen de effisjinsje en macht tichtens fan macht elektroanyske systemen.
Op it stuit hawwe SiC diodes en SiC MOSFETs stadichoan ferhuze nei de merk, en der binne mear folwoeksen produkten, ûnder hokker SiC diodes wurde in soad brûkt ynstee fan silisium-basearre diodes yn guon fjilden omdat se net hawwe it foardiel fan reverse recovery lading;SiC MOSFET wurdt ek stadichoan brûkt yn automotive, enerzjy opslach, opladen stapel, fotovoltaïsche en oare fjilden;Op it mêd fan automotive-applikaasjes wurdt de trend fan modularisaasje mear en mear prominint, de superieure prestaasjes fan SiC moatte fertrouwe op avansearre ferpakkingsprosessen om te berikken, technysk mei relatyf folwoeksen shell-fersegeling as de mainstream, de takomst as nei plestik sealing ûntwikkeling , syn oanpaste ûntwikkeling skaaimerken binne mear geskikt foar SiC modules.
Silicon carbide priis delgong snelheid of boppe ferbylding
De tapassing fan silisiumkarbidapparaten 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 is om't it proses fan silisiumkarbid kompleks is, wêrby't de groei fan single crystal en epitaxial is net allinnich hurd op it miljeu, mar ek de groei taryf is stadich, en de single crystal ferwurkjen yn it substraat moat gean troch it cutting en polishing proses.Op grûn fan har eigen materiaal skaaimerken en ûnfoldwaande ferwurkjen technology, de opbringst fan ynlânske substraat is minder as 50%, en ferskate faktoaren liede ta hege substraat en epitaksial prizen.
Lykwols, de kosten gearstalling fan silisium carbid apparaten en silisium-basearre apparaten is diametrically tsjinoerstelde, de substraat en epitaksial kosten fan de foarkant kanaal goed foar 47% en 23% fan it hiele apparaat respektivelik, yn totaal sawat 70%, it apparaat design, manufacturing en sealing keppelings fan it werom kanaal goed foar mar 30%, de produksje kosten fan silisium-basearre apparaten is benammen konsintrearre yn 'e wafer manufacturing fan' e rêch kanaal oer 50%, en de substraat kosten goed foar mar 7%.It ferskynsel fan 'e wearde fan' e silisiumkarbid-yndustryketen op 'e kop betsjut dat streamop substraat-epitaxy-fabrikanten it kearnrjocht hawwe om te sprekken, dat is de kaai foar de yndieling fan ynlânske en bûtenlânske bedriuwen.
Fanút it dynamyske perspektyf op 'e merk, it ferminderjen fan de kosten fan silisiumkarbid, neist it ferbetterjen fan it silisiumkarbid-lange kristal- en snijproses, is it útwreidzjen fan de wafelgrutte, dy't ek it folwoeksen paad is fan semiconductor-ûntwikkeling yn it ferline, Wolfspeed gegevens litte sjen dat de silisiumkarbid substraat upgrade fan 6 inches nei 8 inches, kwalifisearre chip produksje kin tanimme mei 80% -90%, en helpe ferbetterjen de opbringst.Kin de kombineare ienheidskosten mei 50% ferminderje.
2023 is bekend as de "8-inch SiC earste jier", dit jier, ynlânske en bûtenlânske silisium carbid fabrikanten fersnelle de yndieling fan 8-inch silisium carbide, lykas Wolfspeed gekke ynvestearring fan 14,55 miljard Amerikaanske dollars foar silisium carbid produksje útwreiding, in wichtich part dêrfan is de bou fan 8-inch SiC substraat manufacturing plant, Om te garandearjen de takomst oanbod fan 200 mm SiC bleate metaal oan in oantal bedriuwen;Domestic Tianyue Advanced en Tianke Heda hawwe ek lange termyn ôfspraken tekene mei Infineon om 8-inch silisiumkarbidsubstraten yn 'e takomst te leverjen.
Begjin fan dit jier sil silisiumkarbid fersnelle fan 6 inch nei 8 inch, Wolfspeed ferwachtet dat troch 2024 de ienheidschipkosten fan 8 inch substraat fergelike mei de ienheidschipkosten fan 6 inch substraat yn 2022 mei mear dan 60% sille wurde fermindere , en de kostenferfal sil de applikaasjemerk fierder iepenje, sei Ji Bond Consulting ûndersyksgegevens.It hjoeddeistige merkoandiel fan 8-inch produkten is minder dan 2%, en it merkoandiel wurdt ferwachte te groeien oant sawat 15% troch 2026.
Yn feite kin it taryf fan delgong yn 'e priis fan silisiumkarbidsubstraat de ferbylding fan in protte minsken wêze, it hjoeddeistige merkoanbod fan 6-inch substraat is 4000-5000 yuan / stik, yn ferliking mei it begjin fan it jier is in protte fallen, is ferwachte te fallen ûnder 4000 yuan takom jier, it is de muoite wurdich opskriuwen dat guon fabrikanten om te krijen de earste merk, hat redusearre de ferkeap priis oan de kosten line hjirûnder, Iepenje it model fan de priis oarloch, benammen konsintrearre yn de silisium carbid substraat oanbod is relatyf genôch yn 'e leechspanningsfjild, ynlânske en bûtenlânske fabrikanten wreidzje produksjekapasiteit agressyf út, of lit it silisiumkarbidsubstraat oeroanbod earder toanielje as tocht.
Post tiid: Jan-19-2024