Цахиурын карбидын танилцуулга
Цахиурын карбид (SiC) нь нүүрстөрөгч, цахиураас бүрдсэн хагас дамжуулагч нийлмэл материал бөгөөд өндөр температур, өндөр давтамж, өндөр хүч, өндөр хүчдэлийн төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд тохиромжтой материалын нэг юм. Уламжлалт цахиурын материалтай (Si) харьцуулахад цахиурын карбидын зурвасын зай нь цахиураас 3 дахин их байна. Дулаан дамжуулалт нь цахиураас 4-5 дахин их; Эвдрэлийн хүчдэл нь цахиураас 8-10 дахин их; Цахиурын ханалтын дрифтийн хурд нь цахиураас 2-3 дахин их байдаг нь орчин үеийн үйлдвэрлэлийн өндөр хүч, өндөр хүчдэл, өндөр давтамжийн хэрэгцээг хангадаг. Энэ нь ихэвчлэн өндөр хурдтай, өндөр давтамжтай, өндөр хүчин чадалтай, гэрэл ялгаруулах электрон эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Ухаалаг сүлжээ, шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгсэл, фотоволтайк салхины эрчим хүч, 5G харилцаа холбоо гэх мэт хэрэглээний талбарууд орно. Цахиурын карбидын диод болон MOSFET-ийг арилжааны зориулалтаар ашиглаж байна.
Өндөр температурт тэсвэртэй. Цахиурын карбидын зурвасын өргөн нь цахиураас 2-3 дахин их, электронууд нь өндөр температурт шилжихэд хялбар биш, ажлын өндөр температурыг тэсвэрлэх чадвартай, цахиурын карбидын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь цахиураас 4-5 дахин их байдаг тул төхөөрөмжийн дулаан ялгаралтыг хөнгөвчлөх, ажиллах температурын хязгаарыг өндөр болгодог. Өндөр температурын эсэргүүцэл нь эрчим хүчний нягтралыг ихээхэн нэмэгдүүлж, хөргөлтийн системд тавигдах шаардлагыг бууруулж, терминалыг хөнгөн, жижиг болгодог.
Өндөр даралтыг тэсвэрлэх. Цахиурын карбидын задралын цахилгаан талбайн хүч нь цахиураас 10 дахин их байдаг бөгөөд энэ нь өндөр хүчдэлийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд өндөр хүчдэлийн төхөөрөмжид илүү тохиромжтой.
Өндөр давтамжийн эсэргүүцэл. Цахиурын карбид нь цахиураас хоёр дахин их ханасан электрон шилжилтийн хурдтай тул унтрах явцад гүйдэл үүсэхгүй бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн шилжих давтамжийг үр дүнтэй сайжруулж, төхөөрөмжийг жижигрүүлэх боломжийг олгодог.
Эрчим хүчний алдагдал бага. Цахиурын материалтай харьцуулахад цахиурын карбид нь маш бага эсэргүүцэлтэй, алдагдал багатай байдаг. Үүний зэрэгцээ цахиурын карбидын өндөр зурвасын өргөн нь алдагдал гүйдэл болон эрчим хүчний алдагдлыг ихээхэн бууруулдаг. Түүнчлэн, цахиурын карбидын төхөөрөмж нь унтрах явцад одоогийн гүйлтийн үзэгдэл байхгүй бөгөөд шилжүүлэгчийн алдагдал бага байдаг.
Цахиурын карбидын үйлдвэрлэлийн сүлжээ
Үүнд үндсэндээ субстрат, эпитакси, төхөөрөмжийн дизайн, үйлдвэрлэл, битүүмжлэл гэх мэт орно. Материалаас хагас дамжуулагч цахилгаан төхөөрөмж хүртэлх цахиурын карбид нь нэг талст өсөлт, ембүү зүсэлт, эпитаксиаль өсөлт, вафель дизайн, үйлдвэрлэл, сав баглаа боодол болон бусад процессуудыг мэдрэх болно. Цахиурын карбидын нунтаг нийлэгжсэний дараа эхлээд цахиур карбидын ембүү, дараа нь зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх замаар цахиур карбидын субстратыг, эпитаксиаль хавтанг эпитаксиаль ургалтын аргаар гаргаж авдаг. Эпитаксиаль хавтанцар нь литограф, сийлбэр, ион суулгах, металл идэвхгүйжүүлэх болон бусад процессоор цахиурын карбидаар хийгдсэн бөгөөд өрлөгийг зүсэж, төхөөрөмжийг савлаж, тусгай бүрхүүлд нэгтгэж, модуль болгон угсардаг.
Аж үйлдвэрийн 1-р гинжин хэлхээний дээд хэсэг: субстрат - болор өсөлт нь процессын гол холбоос юм
Цахиурын карбидын субстрат нь цахиурын карбидын төхөөрөмжийн зардлын 47 орчим хувийг эзэлдэг бөгөөд үйлдвэрлэлийн хамгийн өндөр техникийн саад тотгор, хамгийн том үнэ цэнэ нь SiC-ийн ирээдүйн томоохон үйлдвэржилтийн гол цөм юм.
Цахилгаан химийн шинж чанарын ялгааны үүднээс цахиурын карбидын субстратын материалыг дамжуулагч субстрат (эсэргүүцлийн бүс 15~30мΩ·см) болон хагас тусгаарлагдсан субстрат (эсэргүүцэл 105Ω·см-ээс их) гэж хувааж болно. Эдгээр хоёр төрлийн субстратыг эпитаксиаль өсөлтийн дараа цахилгаан төхөөрөмж, радио давтамжийн төхөөрөмж гэх мэт салангид төхөөрөмжүүдийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Тэдгээрийн дотроос хагас дулаалгатай цахиурын карбидын субстратыг голчлон галлийн нитридын RF төхөөрөмж, фотоэлектрик төхөөрөмж гэх мэт үйлдвэрлэлд ашигладаг. Хагас дулаалгатай SIC субстрат дээр ган эпитаксиаль давхаргыг ургуулах замаар sic эпитаксиаль хавтанг бэлтгэж, цаашид HEMT gan изо-нитридийн RF төхөөрөмж болгон бэлтгэх боломжтой. Дамжуулагч цахиурын карбидын субстратыг цахилгаан төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд голчлон ашигладаг. Уламжлалт цахиурын цахилгаан төхөөрөмж үйлдвэрлэх процессоос ялгаатай нь цахиурын карбидын эрчим хүчний төхөөрөмжийг цахиурын карбидын субстрат дээр шууд хийх боломжгүй, цахиурын карбидын эпитаксиаль давхаргыг дамжуулагч дэвсгэр дээр ургуулах шаардлагатай бөгөөд цахиурын карбидын эпитаксиаль давхарга нь цахиурын карбидын эпитаксиаль хуудсыг олж авах, мөн эпитаксиаль давхаргыг Schotde powered BTOS болон бусад төхөөрөмжүүд дээр үйлдвэрлэдэг.
Цахиур карбидын нунтагыг өндөр цэвэршилттэй нүүрстөрөгчийн нунтаг болон өндөр цэвэршилттэй цахиурын нунтагаас нийлэгжүүлж, янз бүрийн хэмжээтэй цахиурын карбидын ембүүг тусгай температурын нөхцөлд ургуулж, дараа нь олон төрлийн боловсруулалтын явцад цахиур карбидын субстратыг гаргаж авсан. Үндсэн үйл явц нь дараахь зүйлийг агуулна.
Түүхий эдийн нийлэгжилт: Өндөр цэвэршилттэй цахиурын нунтаг + хорыг томъёоны дагуу хольж, урвалын камерт 2000°С-аас дээш өндөр температурын нөхцөлд хийж, тодорхой талст төрөл, ширхэгийн хэмжээтэй цахиур карбидын тоосонцорыг нэгтгэнэ. Дараа нь бутлах, шигших, цэвэрлэх болон бусад процессоор дамжуулан өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбидын нунтаг түүхий эдэд тавигдах шаардлагыг хангана.
Кристал өсөлт нь цахиурын карбидын субстратын цахилгаан шинж чанарыг тодорхойлдог цахиурын карбидын субстратын үйлдвэрлэлийн үндсэн процесс юм. Одоогийн байдлаар болор өсөлтийн гол аргууд нь физик уур дамжуулах (PVT), өндөр температурт химийн уурын хуримтлал (HT-CVD) болон шингэн фазын эпитакси (LPE) юм. Тэдгээрийн дотроос PVT арга нь SiC субстратыг арилжааны аргаар өсгөх гол арга бөгөөд техникийн хамгийн өндөр төлөвшилтэй, инженерчлэлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг.
SiC субстратыг бэлтгэх нь хэцүү бөгөөд энэ нь өндөр үнэд хүргэдэг
Температурын талбайн хяналт нь хэцүү байдаг: Si болор саваа ургах нь зөвхөн 1500 ℃ байхад SiC болор савааг 2000 ℃-аас дээш өндөр температурт ургуулах шаардлагатай бөгөөд 250 гаруй SiC изомерууд байдаг боловч эрчим хүчний төхөөрөмжүүдийг үйлдвэрлэх үндсэн 4H-SiC дан болор бүтэц, хэрэв нарийн зохицуулалт байхгүй бол бусад бүтэцтэй болно. Түүнчлэн тигель дэх температурын градиент нь SiC сублимацын шилжилтийн хурд болон болорын интерфейс дээрх хийн атомуудын зохион байгуулалт, өсөлтийн горимыг тодорхойлдог бөгөөд энэ нь болорын өсөлтийн хурд, талстын чанарт нөлөөлдөг тул температурын талбайн системчилсэн хяналтын технологийг бүрдүүлэх шаардлагатай. Si материалтай харьцуулахад SiC үйлдвэрлэлийн ялгаа нь өндөр температурт ион суулгах, өндөр температурт исэлдүүлэх, өндөр температурт идэвхжүүлэх, эдгээр өндөр температурт процесст шаардагдах хатуу маск зэрэг өндөр температурт үйл явц юм.
Удаан болор өсөлт: Si болор бариулын өсөлтийн хурд 30 ~ 150мм / ц хүрч, 1-3м цахиурын болор саваа үйлдвэрлэхэд ердөө 1 хоног зарцуулдаг; Жишээ нь PVT арга бүхий SiC болор саваа, өсөлтийн хурд нь ойролцоогоор 0.2-0.4мм / цаг, 7 хоног 3-6 см-ээс бага ургадаг, өсөлтийн хурд нь цахиурын материалын 1% -иас бага, үйлдвэрлэлийн хүчин чадал нь маш хязгаарлагдмал.
Бүтээгдэхүүний өндөр үзүүлэлт, бага гарц: SiC субстратын үндсэн үзүүлэлтүүд нь бичил гуурсан хоолойн нягтрал, мултрах нягтрал, эсэргүүцэл, эвдрэл, гадаргуугийн барзгар байдал гэх мэт. Энэ нь параметрийн индексийг хянахын зэрэгцээ хаалттай өндөр температурт камерт атомуудыг зохион байгуулах, талстыг бүрэн ургуулах цогц системийн инженерчлэл юм.
Материал нь өндөр хатуулагтай, хэврэгшил ихтэй, зүсэх хугацаа урт, элэгдэл ихтэй: SiC Mohs хатуулаг 9.25 нь алмазын дараа хоёрдугаарт ордог бөгөөд энэ нь зүсэх, нунтаглах, өнгөлөхөд хүндрэлтэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд 3 см зузаантай ембүүний 35-40 ширхэгийг огтлоход ойролцоогоор 120 цаг зарцуулдаг. Нэмж дурдахад, SiC-ийн өндөр хэврэг байдлаас шалтгаалан вафель боловсруулах элэгдэл илүү их байх ба гаралтын харьцаа ердөө 60% байна.
Хөгжлийн чиг хандлага: Хэмжээ өсөх + үнэ буурах
Дэлхийн SiC зах зээлийн 6 инчийн эзэлхүүнтэй үйлдвэрлэлийн шугам төлөвшиж, тэргүүлэгч компаниуд 8 инчийн зах зээлд нэвтэрч байна. Дотоодын хөгжлийн төслүүд нь ихэвчлэн 6 инч байдаг. Одоогийн байдлаар дотоодын ихэнх компаниуд 4 инчийн үйлдвэрлэлийн шугам дээр суурилсаар байгаа хэдий ч салбар нь аажмаар 6 инч хүртэл өргөжин тэлж, 6 инчийн туслах тоног төхөөрөмжийн технологийн төлөвшлийн дагуу дотоодын SiC субстрат технологи нь том оврын үйлдвэрлэлийн шугамын эдийн засгийг аажмаар сайжруулж, одоогийн дотоодын үйлдвэрлэлийн 6 инчийн зөрүүг 7 жил болгон бууруулж байна. Өргөст ялтсын хэмжээ ихсэх нь дан чипний тоог нэмэгдүүлж, гарцын хэмжээг сайжруулж, захын чипний эзлэх хувийг бууруулж, судалгаа, боловсруулалтын зардал, ургацын алдагдлыг ойролцоогоор 7% -иар барьж, ингэснээр өрөвсний ашиглалтыг сайжруулна.
Төхөөрөмжийн дизайн хийхэд олон бэрхшээл байсаар байна
SiC диодыг арилжаалах нь аажмаар сайжирч, одоогийн байдлаар дотоодын хэд хэдэн үйлдвэрлэгчид SiC SBD бүтээгдэхүүнийг зохион бүтээсэн, дунд болон өндөр хүчдэлийн SiC SBD бүтээгдэхүүн нь сайн тогтвортой, тээврийн хэрэгслийн OBC-д SiC SBD+SI IGBT-ийг ашиглан тогтвортой гүйдлийн нягтыг олж авдаг. Одоогийн байдлаар БНХАУ-д SiC SBD бүтээгдэхүүний патентын загварт ямар ч саад бэрхшээл байхгүй, гадаад орнуудтай зөрүү бага байна.
SiC MOS нь олон бэрхшээлтэй хэвээр байгаа бөгөөд SiC MOS болон гадаадын үйлдвэрлэгчдийн хооронд ялгаа байсаар байгаа бөгөөд холбогдох үйлдвэрлэлийн платформ баригдаж байна. Одоогийн байдлаар ST, Infineon, Rohm болон бусад 600-1700V SiC MOS масс үйлдвэрлэлд хүрч, олон үйлдвэрлэлийн үйлдвэрүүдтэй гарын үсэг зурж, тээвэрлэж байгаа бол одоогийн дотоодын SiC MOS загвар үндсэндээ дуусч, хэд хэдэн загвар үйлдвэрлэгчид өрмөнцөрийн урсацын үе шатанд үйлдвэрүүдтэй ажиллаж байгаа бөгөөд дараа нь үйлчлүүлэгчийн баталгаажуулалтад нэлээд хугацаа шаардсаар байна.
Одоогийн байдлаар хавтгай бүтэц нь үндсэн сонголт бөгөөд шуудууны төрлийг ирээдүйд өндөр даралтын талбайд өргөнөөр ашиглах болно. Хавтгай бүтэц SiC MOS үйлдвэрлэгчид олон байдаг, хавтгай бүтэц нь ховилтой харьцуулахад орон нутгийн эвдрэлийн асуудал үүсгэхэд хялбар биш, ажлын тогтвортой байдалд нөлөөлдөг, зах зээл дээр 1200 В-оос доош хүчдэл нь өргөн хүрээний хэрэглээний үнэ цэнэтэй, хавтгай бүтэц нь үйлдвэрлэлийн төгсгөлд харьцангуй энгийн бөгөөд үйлдвэрлэх чадвар, зардлын хяналтыг хоёр талаас нь хангадаг. Ховилын төхөөрөмж нь маш бага шимэгчийн индукц, хурдан шилжих хурд, алдагдал багатай, харьцангуй өндөр үзүүлэлттэй давуу талтай.
2--SiC өрмөнцөрийн мэдээ
Цахиурын карбидын зах зээлийн үйлдвэрлэл, борлуулалтын өсөлт, эрэлт, нийлүүлэлтийн бүтцийн тэнцвэргүй байдалд анхаарлаа хандуулаарай
Өндөр давтамжийн болон өндөр чадлын цахилгаан хэрэгслийн зах зээлийн эрэлт хэрэгцээ хурдацтай өсөхийн хэрээр цахиурт суурилсан хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн физик хязгаарлагдмал бөглөрөл аажмаар мэдэгдэхүйц болж, цахиурын карбид (SiC) -ээр илэрхийлэгддэг гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материалууд аажмаар үйлдвэржсэн. Материалын гүйцэтгэлийн үүднээс авч үзвэл цахиурын карбид нь цахиурын материалаас 3 дахин их зурвасын өргөн, 10 дахин чухал задралын цахилгаан талбайн хүч, 3 дахин их дулаан дамжилтын илтгэлцүүртэй тул цахиур карбидын цахилгаан төхөөрөмжүүд нь өндөр давтамж, өндөр даралт, өндөр температур болон бусад хэрэглээнд тохиромжтой, цахилгаан электрон системийн үр ашиг, эрчим хүчний нягтралыг сайжруулахад тусалдаг.
Одоогийн байдлаар SiC диодууд болон SiC MOSFET-ууд аажмаар зах зээлд шилжиж, илүү боловсронгуй бүтээгдэхүүнүүд байдаг бөгөөд тэдгээрийн дотор SiC диодууд нь урвуу нөхөн сэргээх цэнэгийн давуу талгүй тул зарим салбарт цахиурт суурилсан диодуудын оронд өргөн хэрэглэгддэг; SiC MOSFET нь автомашин, эрчим хүч хадгалах, цэнэглэх овоо, фотоволтайк болон бусад салбарт аажмаар ашиглагддаг; Автомашины хэрэглээний салбарт модульчлах хандлага улам бүр тодроод байгаа бөгөөд SiC-ийн дээд зэргийн гүйцэтгэл нь техникийн хувьд харьцангуй боловсронгуй бүрхүүлийн битүүмжлэлийг үндсэн урсгал болгон, ирээдүйд эсвэл хуванцар битүүмжлэлийн хөгжилд хүрэхийн тулд дэвшилтэт сав баглаа боодлын процесст найдах шаардлагатай байна.
Цахиурын карбидын үнэ буурах хурд эсвэл төсөөлөхөөс давсан
Цахиурын карбидын төхөөрөмжүүдийн хэрэглээ нь ихэвчлэн өндөр өртөгөөр хязгаарлагддаг, SiC MOSFET-ийн үнэ ижил түвшинд байгаа Si-д суурилсан IGBT-ээс 4 дахин өндөр байдаг, учир нь цахиурын карбидын үйл явц нь нарийн төвөгтэй бөгөөд дан болор ба эпитаксиаль өсөлт нь байгаль орчинд сөрөг нөлөө үзүүлэхээс гадна өсөлтийн хурд нь удаан, дан кристалл өнгөлгөөний процессоор дамждаг. Өөрийн материалын шинж чанар, боловсорч гүйцээгүй боловсруулалтын технологид үндэслэн дотоодын субстратын гарц нь 50% -иас бага байдаг бөгөөд янз бүрийн хүчин зүйлүүд нь субстрат болон эпитаксийн үнийг өндөр түвшинд хүргэдэг.
Гэсэн хэдий ч цахиурын карбид төхөөрөмж ба цахиурт суурилсан төхөөрөмжүүдийн зардлын найрлага нь огт эсрэгээрээ, урд сувгийн субстрат ба эпитаксиаль зардал нь нийт төхөөрөмжийн 47% ба 23%, нийт 70 орчим хувийг эзэлдэг, арын сувгийн төхөөрөмжийн дизайн, үйлдвэрлэл, битүүмжлэл нь ердөө 30% -ийг эзэлдэг. арын сувгийн үйлдвэрлэл 50 орчим хувь, субстратын зардал ердөө 7 хувийг эзэлдэг. Цахиурын карбидын үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний үнэ цэнийн үзэгдэл нь дээд талын субстратын эпитакси үйлдвэрлэгчид ярих үндсэн эрхтэй бөгөөд энэ нь дотоод, гадаадын аж ахуйн нэгжүүдийн зохион байгуулалтын гол түлхүүр юм.
Зах зээл дээрх динамик үүднээс авч үзвэл цахиурын карбидын өртөгийг бууруулах нь цахиурын карбидын урт болор, зүсэх процессыг сайжруулахаас гадна талст хавтангийн хэмжээг өргөжүүлэх явдал бөгөөд энэ нь өнгөрсөн хугацаанд хагас дамжуулагчийн хөгжлийн гүйцсэн зам байсан бөгөөд Wolfspeed-ийн мэдээллээс харахад цахиур карбидын үйлдвэрлэлийг 6 чипээс 8 ширхэг болгон нэмэгдүүлэх боломжтой болохыг харуулж байна. 80%-90%, ургацыг сайжруулахад тусална. Нэгжийн өртгийг 50%-иар бууруулах боломжтой.
2023 оныг "8 инчийн SiC-ийн эхний жил" гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ жил дотоодын болон гадаадын цахиурын карбидын үйлдвэрлэгчид 8 инчийн цахиурын карбидын зохион байгуулалтыг хурдасгаж байна, тухайлбал Wolfspeed компани цахиурын карбидын үйлдвэрлэлийг өргөжүүлэхэд зориулж 14.55 тэрбум ам.долларын хөрөнгө оруулалт хийж, үүний чухал хэсэг нь Silicon carbide-ийн ирээдүйн нийлүүлэлтийг хангах явдал юм. Хэд хэдэн компанид 200 мм SiC нүцгэн металл; Дотоодын Tianyue Advanced болон Tianke Heda нар ирээдүйд 8 инчийн цахиурын карбидын субстрат нийлүүлэх урт хугацааны гэрээнд Infineon-тэй гарын үсэг зурсан.
Энэ жилээс эхлэн цахиурын карбид 6 инчээс 8 инч хүртэл хурдасна. Wolfspeed 2024 он гэхэд 8 инчийн субстратын нэгж чипийн өртөгийг 2022 онд 6 инчийн субстратын нэгж чипийн өртөгтэй харьцуулахад 60 гаруй хувиар буурч, өртөг буурах нь хэрэглээний зах зээлийг цаашид нээх болно гэж Wolfspeed тооцоолж байна. Одоогийн байдлаар 8 инчийн бүтээгдэхүүний зах зээлд эзлэх хувь 2% хүрэхгүй байгаа бөгөөд 2026 он гэхэд зах зээлийн эзлэх хувь ойролцоогоор 15% хүртэл өсөх төлөвтэй байна.
Үнэн хэрэгтээ, цахиурын карбидын субстратын үнэ буурах хурд олон хүний төсөөлж байгаагаас давж магадгүй, одоогийн зах зээлийн санал болгож буй 6 инчийн субстратын нэг ширхэг нь 4000-5000 юань байна, оны эхэн үетэй харьцуулахад маш их буурч, ирэх жил 4000 юаниас доош унах төлөвтэй байгаа тул зарим үйлдвэрлэгчид зах зээлийн зардлаа бууруулах захиалга авч байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. доор, Үнийн дайны загварыг нээсэн, голчлон цахиурын карбидын субстратын нийлүүлэлт бага хүчдэлийн талбайд харьцангуй хангалттай байсан, дотоодын болон гадаадын үйлдвэрлэгчид үйлдвэрлэлийн хүчин чадлыг эрчимтэй өргөжүүлж байна, эсвэл цахиурын карбидын субстратын илүүдэл нийлүүлэлтийн үе шатыг төсөөлж байснаас эрт зөвшөөрөв.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 1-р сарын 19-ний хооронд