Перспективите за приложение на 12-инчови субстрати от силициев карбид

Какви са материалните характеристики и техническите изисквания на 12-инчСубстрати от силициев карбид?

A. Основни физични и химични характеристики на силициевия карбид

Една от най-забележителните характеристики на силициевия карбид е неговата широка ширина на забранената лента, приблизително 3,26 eV за 4H-SiC или 3,02 eV за 6H-SiC, значително по-висока от 1,1 eV на силиция. Тази широка ширина на лентата позволява на SiC да работи при изключително висока напрегнатост на електрическото поле и да издържа на значителна топлина без термичен срив или срив, което го прави предпочитан материал за електронни устройства в среди с високо напрежение и висока температура.

Силно разрушително електрическо поле: Силното пробивно електрическо поле на SiC (около 10 пъти по-голямо от това на силиция) му позволява да работи стабилно под високо напрежение, постигайки висока плътност на мощността и ефективност в силови електронни системи, особено в електрически превозни средства, преобразуватели на мощност и промишлени захранвания.

Устойчивост на висока температура: Високата топлопроводимост и способността на SiC да издържа на високи температури (до 600°C или по-високи) го правят идеален избор за устройства, които трябва да работят в екстремни среди, особено в автомобилната и космическата индустрия.

Високочестотна производителност: Въпреки че мобилността на електроните на SiC е по-ниска от тази на силиция, тя все още е достатъчна за поддържане на високочестотни приложения. Следователно SiC играе решаваща роля във високочестотни полета като безжична комуникация, радар и високочестотни усилватели на мощност.

Устойчивост на радиация: Силната устойчивост на радиация на SiC е особено очевидна в космическите устройства и електрониката за ядрена енергия, където може да издържи на смущения от външна радиация без значително влошаване на характеристиките на материала.

B. Ключови технически индикатори на 12-инчови субстрати

Предимствата на 12-инчовите (300 мм) субстрати от силициев карбид не са отразени само в увеличаването на размера, но и в техните всеобхватни технически изисквания, които директно определят трудността на производството и производителността на крайните устройства.

Кристална структура: SiC има главно две общи кристални структури -4H-SiC и 6H-SiC. 4H-SiC, със своята по-висока подвижност на електрони и отлична топлопроводимост, е по-подходящ за приложения с висока честота и висока мощност, докато 6H-SiC има по-висока плътност на дефектите и по-лоши електронни характеристики, обикновено използвани за приложения с ниска мощност и ниска честота. За 12-инчови субстрати изборът на подходяща кристална структура е от решаващо значение. 4H-SiC, с по-малко кристални дефекти, е по-подходящ за приложения с висока честота и висока мощност.

Качество на повърхността на субстрата: Качеството на повърхността на субстрата има пряко влияние върху работата на устройството. Гладкостта на повърхността, грапавостта и плътността на дефектите трябва да бъдат строго контролирани. Грапавата повърхност не само влияе върху кристалното качество на устройството, но може също да доведе до ранна повреда на устройството. Следователно подобряването на гладкостта на повърхността на субстрата чрез технологии като химическо механично полиране (CMP) е от решаващо значение.

Контрол на дебелината и еднородността: Увеличеният размер на 12-инчовите субстрати означава по-високи изисквания за еднородност на дебелината и кристално качество. Неравномерната дебелина може да доведе до неравномерно термично напрежение, което да повлияе на производителността и надеждността на устройството. За да се осигурят висококачествени 12-инчови субстрати, трябва да се използват прецизно израстване и последващи процеси на рязане и полиране, за да се гарантира постоянна дебелина.

C. Размер и производствени предимства на 12-инчовите субстрати

Тъй като полупроводниковата индустрия се насочва към по-големи субстрати, 12-инчовите субстрати от силициев карбид предлагат значителни предимства в производствената ефективност и рентабилността. В сравнение с традиционните6-инчови и 8-инчови субстрати, 12-инчовите субстрати могат да осигурят повече изрязвания на чипове, като значително увеличават броя на чиповете, произведени за производствен цикъл, като по този начин значително намаляват разходите за единичен чип. В допълнение, по-големият размер на 12-инчовите субстрати осигурява по-добра платформа за ефективно производство на интегрални схеми, намалявайки повтарящите се производствени стъпки и подобрявайки общата производствена ефективност.

Как се произвеждат 12-инчовите субстрати от силициев карбид?

A. Техники за отглеждане на кристали

Метод на сублимация (PVT):

Методът на сублимация (Physical Vapor Transport, PVT) е една от най-често използваните техники за растеж на кристали от силициев карбид, особено подходяща за производството на големи по размер субстрати от силициев карбид. В този процес суровините от силициев карбид се сублимират при високи температури, а газообразният въглерод и силиций се рекомбинират върху горещия субстрат, за да растат в кристали. Предимствата на метода на сублимация включват висока чистота на материала и добро качество на кристалите, подходящи за производство на високо търсене12-инчови субстрати. Въпреки това, този метод също е изправен пред някои предизвикателства, като бавни темпове на растеж и високи изисквания за строг контрол на температурата и атмосферата.

CVD метод (химическо отлагане на пари):

В CVD процеса газообразните прекурсори (като SiCl₄ и C₆H₆) се разлагат и отлагат върху субстрата, за да образуват филм при високи температури. В сравнение с PVT, методът CVD може да осигури по-равномерен растеж на филма и е подходящ за натрупване на тънкослойни материали и повърхностна функционализация. Въпреки че методът CVD има някои трудности при контрола на дебелината, той все още се използва широко за подобряване на качеството на кристалите и еднородността на субстрата.

B. Техники за рязане и полиране на субстрат

Рязане на кристали:

Рязането на 12-инчови субстрати от големи кристали е сложна техника. Процесът на рязане на кристали изисква прецизен контрол на механичното напрежение, за да се гарантира, че субстратът няма да се напука или да образува микропукнатини по време на рязане. За подобряване на точността на рязане често се използва технология за лазерно рязане или се комбинира с ултразвукови и високопрецизни механични инструменти за подобряване на качеството на рязане.

Полиране и повърхностна обработка:

Химическото механично полиране (CMP) е ключова технология за подобряване на качеството на повърхността на субстрата. Този процес премахва микродефектите по повърхността на субстрата чрез синергичното действие на механично триене и химични реакции, осигурявайки гладкост и плоскост. Повърхностната обработка не само подобрява лъскавината на субстрата, но също така намалява повърхностните дефекти, като по този начин оптимизира работата на следващите устройства.

C. Контрол на дефектите на основата и проверка на качеството

Видове дефекти:

Често срещани дефекти всилициево-карбидни субстративключват дислокации, дефекти на решетката и микропукнатини. Тези дефекти могат пряко да повлияят на електрическите характеристики и термичната стабилност на устройствата. Поради това е от съществено значение да се контролира стриктно появата на тези дефекти по време на растеж на субстрата, рязане и полиране. Дислокациите и дефектите на решетката обикновено произхождат от неправилен растеж на кристали или прекомерни температури на рязане.

Оценка на качеството:

За да се гарантира качеството на субстрата, технологии като сканираща електронна микроскопия (SEM) и атомно-силова микроскопия (AFM) обикновено се използват за проверка на качеството на повърхността. Освен това тестовете за електрическа ефективност (като проводимост и мобилност) могат допълнително да оценят качеството на субстрата.

В кои полета се прилагат 12-инчови субстрати от силициев карбид?

A. Силова електроника и силови полупроводникови устройства

12-инчовите субстрати от силициев карбид се използват широко в мощни полупроводникови устройства, особено в MOSFET, IGBT и диоди на Шотки. Тези устройства се прилагат широко в ефективно управление на захранването, индустриални захранвания, преобразуватели и електрически превозни средства. Характеристиките на устойчивост на високо напрежение и ниски загуби при превключване на SiC устройствата им позволяват значително да подобрят ефективността на преобразуване на мощността, да намалят загубите на енергия и да насърчат развитието на зелени енергийни технологии.

Б. Нова енергия и електрически превозни средства

В електрическите превозни средства 12-инчовите субстрати от силициев карбид могат да подобрят ефективността на системите за електрическо задвижване и да подобрят скоростта и обхвата на зареждане на батерията. Благодарение на способността наматериали от силициев карбидза да се справят ефективно със сигнали с високо напрежение и висока честота, те също са незаменими в оборудването за високоскоростно зареждане в станциите за зареждане на електрически превозни средства.

C. 5G комуникации и високочестотна електроника

12-инчовите субстрати от силициев карбид, с тяхната отлична високочестотна производителност, се използват широко в 5G базови станции и високочестотни RF устройства. Те могат значително да подобрят ефективността на предаване на сигнала и да намалят загубата на сигнал, поддържайки високоскоростното предаване на данни на 5G мрежи.

Г. Енергиен сектор

Субстратите от силициев карбид също имат важни приложения в областите на възобновяемата енергия като фотоволтаични инвертори и генериране на вятърна енергия. Чрез подобряване на ефективността на преобразуване на енергия, SiC устройствата могат да намалят загубата на енергия и да подобрят стабилността и надеждността на оборудването на електрическата мрежа.

Какви са предизвикателствата и тесните места на 12-инчовите субстрати от силициев карбид?

A. Производствени разходи и широкомащабно производство

Производствената цена на 12-инчпластини от силициев карбидостава висок, отразен главно в суровини, инвестиции в оборудване и технологични изследвания и развитие. Как да се преодолеят техническите предизвикателства на широкомащабното производство и да се намалят производствените разходи за единица е от ключово значение за насърчаване на популяризирането на технологията за силициев карбид.

B. Дефекти на субстрата и постоянство на качеството

Въпреки че 12-инчовите субстрати имат производствени предимства, все още могат да възникнат дефекти по време на процесите на растеж на кристали, рязане и полиране, което води до непоследователно качество на субстрата. Как да се намали плътността на дефектите и да се подобри последователността на качеството чрез иновативни технологии е фокус на бъдещите изследвания.

C. Търсене на оборудване и технологични актуализации

Търсенето на високо прецизно оборудване за рязане и полиране нараства. В същото време прецизната проверка на качеството на субстратите, базирана на нови технологии за откриване (като атомно-силова микроскопия, сканиране с електронен лъч и др.), е от ключово значение за подобряване на ефективността на производството и качеството на продукта.

Ние от Semicorex предоставяме набор отВисококачествени вафлипрецизно проектирани да отговарят на високите изисквания на полупроводниковата индустрия, ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля, не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка: +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com