Cyflwyniad i garbid silicon
Mae silicon carbid (SiC) yn ddeunydd lled-ddargludyddion cyfansawdd sy'n cynnwys carbon a silicon, sy'n un o'r deunyddiau delfrydol ar gyfer gwneud dyfeisiau tymheredd uchel, amledd uchel, pŵer uchel a foltedd uchel.O'i gymharu â'r deunydd silicon traddodiadol (Si), mae bwlch band carbid silicon 3 gwaith yn fwy na silicon.Mae'r dargludedd thermol 4-5 gwaith yn fwy na silicon;Mae'r foltedd dadelfennu 8-10 gwaith yn fwy na silicon;Mae'r gyfradd drifft dirlawnder electronig 2-3 gwaith yn fwy na silicon, sy'n diwallu anghenion diwydiant modern ar gyfer pŵer uchel, foltedd uchel ac amledd uchel.Fe'i defnyddir yn bennaf ar gyfer cynhyrchu cydrannau electronig cyflym, amledd uchel, pŵer uchel ac allyrru golau.Mae'r meysydd cais i lawr yr afon yn cynnwys grid smart, cerbydau ynni newydd, pŵer gwynt ffotofoltäig, cyfathrebu 5G, ac ati. Mae deuodau silicon carbid a MOSFETs wedi'u cymhwyso'n fasnachol.
Gwrthiant tymheredd uchel.Mae lled bwlch band carbid silicon 2-3 gwaith yn fwy na silicon, nid yw'r electronau'n hawdd eu trosglwyddo ar dymheredd uchel, a gallant wrthsefyll tymereddau gweithredu uwch, ac mae dargludedd thermol carbid silicon 4-5 gwaith yn fwy na silicon, gan wneud afradu gwres y ddyfais yn haws a'r tymheredd gweithredu terfyn yn uwch.Gall y gwrthiant tymheredd uchel gynyddu dwysedd pŵer yn sylweddol wrth leihau'r gofynion ar y system oeri, gan wneud y derfynell yn ysgafnach ac yn llai.
Gwrthsefyll pwysau uchel.Mae cryfder dadansoddiad maes trydan carbid silicon 10 gwaith yn fwy na silicon, a all wrthsefyll folteddau uwch ac sy'n fwy addas ar gyfer dyfeisiau foltedd uchel.
Ymwrthedd amledd uchel.Mae gan carbid silicon gyfradd drifft electron dirlawn ddwywaith cymaint â silicon, gan arwain at absenoldeb cynffonau cerrynt yn ystod y broses cau, a all wella amlder newid y ddyfais yn effeithiol a gwireddu miniaturization y ddyfais.
Colli ynni isel.O'i gymharu â deunydd silicon, mae gan carbid silicon ar-ymwrthedd isel iawn ac ar-golled isel.Ar yr un pryd, mae lled band-bwlch uchel carbid silicon yn lleihau'n fawr y cerrynt gollyngiadau a'r golled pŵer.Yn ogystal, nid oes gan y ddyfais carbid silicon ffenomen llusgo gyfredol yn ystod y broses gau, ac mae'r golled newid yn isel.
Cadwyn diwydiant silicon carbid
Mae'n bennaf yn cynnwys swbstrad, epitaxy, dylunio dyfeisiau, gweithgynhyrchu, selio ac yn y blaen.Bydd silicon carbid o'r deunydd i'r ddyfais pŵer lled-ddargludyddion yn profi twf crisial sengl, sleisio ingot, twf epitaxial, dylunio wafferi, gweithgynhyrchu, pecynnu a phrosesau eraill.Ar ôl synthesis powdr carbid silicon, mae'r ingot carbid silicon yn cael ei wneud yn gyntaf, ac yna mae'r swbstrad carbid silicon yn cael ei sicrhau trwy sleisio, malu a sgleinio, a cheir y daflen epitaxial trwy dwf epitaxial.Mae'r wafer epitaxial wedi'i wneud o garbid silicon trwy lithograffeg, ysgythru, mewnblannu ïon, pasivation metel a phrosesau eraill, mae'r wafer yn cael ei dorri'n farw, mae'r ddyfais yn cael ei becynnu, ac mae'r ddyfais yn cael ei chyfuno i mewn i gragen arbennig a'i ymgynnull i fodiwl.
I fyny'r afon o'r gadwyn diwydiant 1: swbstrad - twf grisial yw'r cyswllt proses craidd
Mae swbstrad silicon carbid yn cyfrif am tua 47% o gost dyfeisiau carbid silicon, y rhwystrau technegol gweithgynhyrchu uchaf, y gwerth mwyaf, yw craidd diwydiannu SiC ar raddfa fawr yn y dyfodol.
O safbwynt gwahaniaethau eiddo electrocemegol, gellir rhannu deunyddiau swbstrad carbid silicon yn swbstradau dargludol (rhanbarth gwrthedd 15 ~ 30mΩ·cm) a swbstradau lled-inswleiddio (gwrthedd uwch na 105Ω·cm).Defnyddir y ddau fath hyn o swbstradau i gynhyrchu dyfeisiau arwahanol fel dyfeisiau pŵer a dyfeisiau amledd radio yn y drefn honno ar ôl twf epitaxial.Yn eu plith, defnyddir swbstrad carbid silicon lled-inswleiddio yn bennaf wrth weithgynhyrchu dyfeisiau RF gallium nitride, dyfeisiau ffotodrydanol ac yn y blaen.Trwy dyfu haen epitaxial ar is-haen SIC lled-inswleiddio, mae'r plât epitaxial sic yn cael ei baratoi, y gellir ei baratoi ymhellach i mewn i ddyfeisiau RF HEMT gan iso-nitride.Defnyddir swbstrad carbid silicon dargludol yn bennaf wrth gynhyrchu dyfeisiau pŵer.Yn wahanol i'r broses weithgynhyrchu dyfais pŵer silicon traddodiadol, ni ellir gwneud y ddyfais pŵer carbid silicon yn uniongyrchol ar y swbstrad carbid silicon, mae angen tyfu'r haen epitaxial carbid silicon ar y swbstrad dargludol i gael y daflen epitaxial carbid silicon, a'r epitaxial haen yn cael ei gynhyrchu ar y deuod Schottky, MOSFET, IGBT a dyfeisiau pŵer eraill.
Cafodd powdr carbid silicon ei syntheseiddio o bowdr carbon purdeb uchel a phowdr silicon purdeb uchel, a thyfwyd ingot carbid silicon o wahanol feintiau o dan faes tymheredd arbennig, ac yna cynhyrchwyd swbstrad carbid silicon trwy brosesau prosesu lluosog.Mae'r broses graidd yn cynnwys:
Syntheseiddio deunydd crai: Mae'r powdr silicon + arlliw purdeb uchel yn cael ei gymysgu yn ôl y fformiwla, a chynhelir yr adwaith yn y siambr adwaith o dan y cyflwr tymheredd uchel uwchlaw 2000 ° C i syntheseiddio'r gronynnau carbid silicon gyda math penodol o grisial a gronyn. maint.Yna trwy'r malu, sgrinio, glanhau a phrosesau eraill, i gwrdd â gofynion deunyddiau crai powdr carbid silicon purdeb uchel.
Twf grisial yw'r broses graidd o weithgynhyrchu swbstrad carbid silicon, sy'n pennu priodweddau trydanol swbstrad carbid silicon.Ar hyn o bryd, y prif ddulliau ar gyfer twf grisial yw trosglwyddo anwedd corfforol (PVT), dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel (HT-CVD) ac epitaxy cyfnod hylif (LPE).Yn eu plith, dull PVT yw'r dull prif ffrwd ar gyfer twf masnachol swbstrad SiC ar hyn o bryd, gyda'r aeddfedrwydd technegol uchaf a'r un a ddefnyddir fwyaf mewn peirianneg.
Mae paratoi swbstrad SiC yn anodd, gan arwain at ei bris uchel
Mae rheoli tymheredd maes yn anodd: dim ond 1500 ℃ sydd ei angen ar dwf gwialen grisial SiC, tra bod angen tyfu gwialen grisial SiC ar dymheredd uchel uwchlaw 2000 ℃, ac mae mwy na 250 o isomerau SiC, ond mae'r prif strwythur grisial sengl 4H-SiC ar gyfer bydd cynhyrchu dyfeisiau pŵer, os nad rheolaeth fanwl gywir, yn cael strwythurau grisial eraill.Yn ogystal, mae'r graddiant tymheredd yn y crucible yn pennu cyfradd trosglwyddo sychdarthiad SiC a threfniant a modd twf atomau nwyol ar y rhyngwyneb grisial, sy'n effeithio ar gyfradd twf grisial ac ansawdd grisial, felly mae angen ffurfio maes tymheredd systematig. technoleg rheoli.O'i gymharu â deunyddiau Si, mae'r gwahaniaeth mewn cynhyrchu SiC hefyd mewn prosesau tymheredd uchel megis mewnblannu ïon tymheredd uchel, ocsidiad tymheredd uchel, actifadu tymheredd uchel, a'r broses mwgwd caled sy'n ofynnol gan y prosesau tymheredd uchel hyn.
Twf grisial araf: gall cyfradd twf gwialen grisial Si gyrraedd 30 ~ 150mm/h, a dim ond tua 1 diwrnod y mae cynhyrchu gwialen grisial silicon 1-3m yn cymryd;Gwialen grisial SiC gyda dull PVT fel enghraifft, mae'r gyfradd twf tua 0.2-0.4mm / h, 7 diwrnod i dyfu llai na 3-6cm, mae'r gyfradd twf yn llai nag 1% o'r deunydd silicon, mae'r gallu cynhyrchu yn hynod. cyfyngedig.
Paramedrau cynnyrch uchel a chynnyrch isel: mae paramedrau craidd swbstrad SiC yn cynnwys dwysedd microtiwb, dwysedd dadleoli, gwrthedd, rhyfel, garwedd wyneb, ac ati. Mae'n beirianneg system gymhleth i drefnu atomau mewn siambr tymheredd uchel caeedig a thwf grisial cyflawn, tra'n rheoli mynegeion paramedr.
Mae gan y deunydd galedwch uchel, brau uchel, amser torri hir a thraul uchel: mae caledwch SiC Mohs o 9.25 yn ail yn unig i ddiamwnt, sy'n arwain at gynnydd sylweddol yn yr anhawster o dorri, malu a chaboli, ac mae'n cymryd tua 120 awr i torri 35-40 darn o ingot 3cm o drwch.Yn ogystal, oherwydd brittleness uchel SiC, bydd traul prosesu wafferi yn fwy, a dim ond tua 60% yw'r gymhareb allbwn.
Tuedd datblygu: Cynnydd maint + gostyngiad pris
Mae llinell gynhyrchu cyfaint 6 modfedd y farchnad SiC fyd-eang yn aeddfedu, ac mae cwmnïau blaenllaw wedi mynd i mewn i'r farchnad 8 modfedd.Mae prosiectau datblygu domestig yn 6 modfedd yn bennaf.Ar hyn o bryd, er bod y rhan fwyaf o gwmnïau domestig yn dal i fod yn seiliedig ar linellau cynhyrchu 4 modfedd, ond mae'r diwydiant yn ehangu'n raddol i 6 modfedd, gydag aeddfedrwydd technoleg offer ategol 6 modfedd, mae technoleg swbstrad SiC domestig hefyd yn gwella'n raddol economïau bydd maint y llinellau cynhyrchu mawr yn cael eu hadlewyrchu, ac mae'r bwlch amser cynhyrchu màs domestig presennol o 6 modfedd wedi lleihau i 7 mlynedd.Gall maint y wafer mwy arwain at gynnydd yn nifer y sglodion sengl, gwella'r gyfradd cynnyrch, a lleihau cyfran y sglodion ymyl, a bydd cost ymchwil a datblygu a cholli cynnyrch yn cael ei gynnal tua 7%, a thrwy hynny wella wafer. defnydd.
Mae yna lawer o anawsterau o hyd wrth ddylunio dyfeisiau
Mae masnacheiddio deuod SiC yn cael ei wella'n raddol, ar hyn o bryd, mae nifer o weithgynhyrchwyr domestig wedi dylunio cynhyrchion SiC SBD, mae gan gynhyrchion SiC SBD foltedd canolig ac uchel sefydlogrwydd da, yn y cerbyd OBC, y defnydd o SiC SBD + SI IGBT i gyflawni sefydlog dwysedd presennol.Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw rwystrau yn nyluniad patent cynhyrchion SiC SBD yn Tsieina, ac mae'r bwlch â gwledydd tramor yn fach.
Mae gan SiC MOS lawer o anawsterau o hyd, mae bwlch o hyd rhwng SiC MOS a gweithgynhyrchwyr tramor, ac mae'r llwyfan gweithgynhyrchu perthnasol yn dal i gael ei adeiladu.Ar hyn o bryd, mae ST, Infineon, Rohm a SiC MOS 600-1700V eraill wedi cyflawni cynhyrchiad màs ac wedi'u llofnodi a'u cludo gyda llawer o ddiwydiannau gweithgynhyrchu, tra bod y dyluniad SiC MOS domestig presennol wedi'i gwblhau yn y bôn, mae nifer o weithgynhyrchwyr dylunio yn gweithio gyda fabs yn mae cam llif y wafer, ac mae angen peth amser o hyd i ddilysu cwsmeriaid diweddarach, felly mae yna amser hir o hyd o fasnacheiddio ar raddfa fawr.
Ar hyn o bryd, y strwythur planar yw'r dewis prif ffrwd, a defnyddir y math ffos yn eang yn y maes pwysedd uchel yn y dyfodol.Strwythur planar Mae gweithgynhyrchwyr SiC MOS yn llawer, nid yw'r strwythur planar yn hawdd i gynhyrchu problemau chwalu lleol o'i gymharu â'r rhigol, sy'n effeithio ar sefydlogrwydd y gwaith, yn y farchnad islaw 1200V mae ganddo ystod eang o werth cymhwysiad, ac mae'r strwythur planar yn gymharol syml yn y pen gweithgynhyrchu, i gwrdd â manufacturability a rheoli costau dwy agwedd.Mae gan y ddyfais groove fanteision anwythiad parasitig hynod o isel, cyflymder newid cyflym, colled isel a pherfformiad cymharol uchel.
2--newyddion waffer SiC
Cynhyrchu marchnad silicon carbid a thwf gwerthiant, rhowch sylw i anghydbwysedd strwythurol rhwng cyflenwad a galw
Gyda thwf cyflym galw'r farchnad am electroneg pŵer amledd uchel a phŵer uchel, mae tagfa terfyn ffisegol dyfeisiau lled-ddargludyddion sy'n seiliedig ar silicon wedi dod yn amlwg yn raddol, ac mae'r deunyddiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth a gynrychiolir gan silicon carbid (SiC) wedi dod yn raddol yn raddol. dod yn ddiwydiannol.O safbwynt perfformiad deunydd, mae gan garbid silicon 3 gwaith lled bwlch band y deunydd silicon, 10 gwaith y cryfder maes trydan dadansoddiad critigol, 3 gwaith y dargludedd thermol, felly mae dyfeisiau pŵer carbid silicon yn addas ar gyfer amledd uchel, pwysedd uchel, tymheredd uchel a chymwysiadau eraill, yn helpu i wella effeithlonrwydd a dwysedd pŵer systemau electronig pŵer.
Ar hyn o bryd, mae deuodau SiC a SiC MOSFETs wedi symud yn raddol i'r farchnad, ac mae yna gynhyrchion mwy aeddfed, ymhlith y mae deuodau SiC yn cael eu defnyddio'n helaeth yn lle deuodau silicon mewn rhai meysydd oherwydd nad oes ganddynt y fantais o dâl adfer gwrthdro;Mae SiC MOSFET hefyd yn cael ei ddefnyddio'n raddol mewn modurol, storio ynni, pentwr gwefru, ffotofoltäig a meysydd eraill;Ym maes ceisiadau modurol, mae'r duedd modiwleiddio yn dod yn fwy a mwy amlwg, mae angen i berfformiad uwch SiC ddibynnu ar brosesau pecynnu uwch i gyflawni, yn dechnegol gyda selio cregyn cymharol aeddfed fel y brif ffrwd, y dyfodol neu i ddatblygiad selio plastig , mae ei nodweddion datblygu wedi'u haddasu yn fwy addas ar gyfer modiwlau SiC.
Cyflymder dirywiad pris carbid silicon neu y tu hwnt i ddychymyg
Mae cymhwyso dyfeisiau carbid silicon yn gyfyngedig yn bennaf gan y gost uchel, mae pris SiC MOSFET o dan yr un lefel 4 gwaith yn uwch na phris IGBT sy'n seiliedig ar Si, mae hyn oherwydd bod y broses o garbid silicon yn gymhleth, lle mae twf mae crisial sengl ac epitaxial nid yn unig yn llym ar yr amgylchedd, ond hefyd mae'r gyfradd twf yn araf, a rhaid i'r prosesu grisial sengl i'r swbstrad fynd trwy'r broses dorri a chaboli.Yn seiliedig ar ei nodweddion deunydd ei hun a thechnoleg prosesu anaeddfed, mae cynnyrch swbstrad domestig yn llai na 50%, ac mae ffactorau amrywiol yn arwain at brisiau swbstrad ac epitaxial uchel.
Fodd bynnag, mae cyfansoddiad cost dyfeisiau carbid silicon a dyfeisiau sy'n seiliedig ar silicon yn gwbl groes, mae costau swbstrad a epitaxial y sianel flaen yn cyfrif am 47% a 23% o'r ddyfais gyfan yn y drefn honno, sef cyfanswm o tua 70%, dylunio dyfais, gweithgynhyrchu ac mae cysylltiadau selio y sianel gefn yn cyfrif am 30% yn unig, mae cost cynhyrchu dyfeisiau sy'n seiliedig ar silicon wedi'i grynhoi'n bennaf yn y gweithgynhyrchu wafer y sianel gefn tua 50%, ac mae cost y swbstrad yn cyfrif am ddim ond 7%.Mae ffenomen gwerth cadwyn diwydiant carbid silicon wyneb i waered yn golygu bod gan weithgynhyrchwyr epitaxy swbstrad i fyny'r afon yr hawl craidd i siarad, sef yr allwedd i gynllun mentrau domestig a thramor.
O safbwynt deinamig y farchnad, lleihau cost carbid silicon, yn ogystal â gwella'r broses grisialu hir a sleisio carbid silicon, yw ehangu maint y wafer, sydd hefyd yn llwybr aeddfed datblygiad lled-ddargludyddion yn y gorffennol, Mae data Wolfspeed yn dangos y gall uwchraddio swbstrad carbid silicon o 6 modfedd i 8 modfedd, cynhyrchiant sglodion cymwys gynyddu 80% -90%, a helpu i wella'r cynnyrch.Yn gallu lleihau'r gost uned gyfunol 50%.
Gelwir 2023 yn "flwyddyn gyntaf SiC 8 modfedd", eleni, mae gweithgynhyrchwyr carbid silicon domestig a thramor yn cyflymu gosodiad carbid silicon 8-modfedd, fel buddsoddiad crazy Wolfspeed o 14.55 biliwn o ddoleri'r UD ar gyfer ehangu cynhyrchu carbid silicon, rhan bwysig ohono yw adeiladu ffatri gweithgynhyrchu swbstrad SiC 8-modfedd, Er mwyn sicrhau cyflenwad 200 mm o fetel noeth SiC yn y dyfodol i nifer o gwmnïau;Mae Domestic Tianyue Advanced a Tianke Heda hefyd wedi llofnodi cytundebau hirdymor gydag Infineon i gyflenwi swbstradau carbid silicon 8-modfedd yn y dyfodol.
Gan ddechrau o eleni, bydd carbid silicon yn cyflymu o 6 modfedd i 8 modfedd, mae Wolfspeed yn disgwyl, erbyn 2024, y bydd cost sglodion uned o swbstrad 8 modfedd o'i gymharu â chost sglodion uned swbstrad 6 modfedd yn 2022 yn cael ei leihau gan fwy na 60% , a bydd y gostyngiad cost yn agor y farchnad ymgeisio ymhellach, nododd data ymchwil Ji Bond Consulting.Mae cyfran gyfredol y farchnad o gynhyrchion 8 modfedd yn llai na 2%, a disgwylir i gyfran y farchnad dyfu i tua 15% erbyn 2026.
Mewn gwirionedd, gall cyfradd y gostyngiad ym mhris swbstrad carbid silicon fod yn fwy na dychymyg llawer o bobl, y cynnig marchnad presennol o swbstrad 6 modfedd yw 4000-5000 yuan / darn, o'i gymharu â dechrau'r flwyddyn wedi gostwng llawer, yw disgwylir iddo ddisgyn o dan 4000 yuan y flwyddyn nesaf, mae'n werth nodi bod rhai gweithgynhyrchwyr er mwyn cael y farchnad gyntaf, wedi gostwng y pris gwerthu i'r llinell gost isod, Wedi agor model y rhyfel pris, wedi'i ganolbwyntio'n bennaf yn y swbstrad carbid silicon cyflenwad wedi bod yn gymharol ddigonol yn y maes foltedd isel, gweithgynhyrchwyr domestig a thramor yn ymosodol ehangu gallu cynhyrchu, neu gadewch y cam gorgyflenwad swbstrad silicon carbide yn gynharach nag a ddychmygwyd.
Amser post: Ionawr-19-2024