Applikasjonsutsiktene for 12-tommers silisiumkarbidsubstrater

Hva er materielle egenskaper og tekniske krav til 12-tommersSilisiumkarbidsubstrater?

A. Grunnleggende fysiske og kjemiske egenskaper for silisiumkarbid

En av Silisiumkarbids mest fremtredende egenskaper er dens brede båndgapbredde, omtrent 3,26 eV for 4H-SiC eller 3,02 eV for 6H-SiC, betydelig høyere enn silisiums 1,1 eV. Dette brede båndgapet gjør at SiC kan operere under ekstremt høye elektriske feltstyrker og tåle betydelig varme uten termisk sammenbrudd eller sammenbrudd, noe som gjør det til det foretrukne materialet for elektroniske enheter i høyspennings- og høytemperaturmiljøer.

Elektrisk felt med høy nedbrytning: Det elektriske feltet med høy nedbrytning til SiC (omtrent 10 ganger det for silisium) gjør at det kan fungere stabilt under høy spenning, og oppnå høy effekttetthet og effektivitet i kraftelektroniske systemer, spesielt i elektriske kjøretøy, kraftomformere og industri. strømforsyninger.

Høytemperaturmotstand: SiCs høye termiske ledningsevne og evne til å motstå høye temperaturer (opptil 600 °C eller høyere) gjør det til et ideelt valg for enheter som kreves for å operere i ekstreme miljøer, spesielt i bil- og romfartsindustrien.

Høyfrekvent ytelse: Selv om SiCs elektronmobilitet er lavere enn silisium, er den fortsatt tilstrekkelig til å støtte høyfrekvente applikasjoner. Derfor spiller SiC en avgjørende rolle i høyfrekvente felt som trådløs kommunikasjon, radar og høyfrekvente effektforsterkere.

Strålingsmotstand: SiCs sterke strålingsmotstand er spesielt tydelig i romenheter og kjernekraftelektronikk, der den kan motstå forstyrrelser fra ekstern stråling uten vesentlig forringelse av materialytelsen.

B. Tekniske nøkkelindikatorer for 12-tommers substrater

Fordelene med 12-tommers (300 mm) silisiumkarbidsubstrater gjenspeiles ikke bare i økningen i størrelse, men også i deres omfattende tekniske krav, som direkte bestemmer produksjonsvanskeligheten og ytelsen til de endelige enhetene.

Krystallstruktur: SiC har hovedsakelig to vanlige krystallstrukturer—4H-SiC og 6H-SiC. 4H-SiC, med sin høyere elektronmobilitet og utmerkede termiske ledningsevne, er mer egnet for høyfrekvente og høyeffektapplikasjoner, mens 6H-SiC har en høyere defekttetthet og dårligere elektronisk ytelse, vanligvis brukt for lav-effekt, lavfrekvente applikasjoner. For 12-tommers underlag er det avgjørende å velge riktig krystallstruktur. 4H-SiC, med færre krystalldefekter, er mer egnet for høyfrekvente applikasjoner med høy effekt.

Substratoverflatekvalitet: Overflatekvaliteten til underlaget har en direkte innvirkning på enhetens ytelse. Overflatejevnhet, ruhet og defekttetthet må alle kontrolleres strengt. En ru overflate påvirker ikke bare den krystallinske kvaliteten til enheten, men kan også føre til tidlig enhetsfeil. Derfor er det avgjørende å forbedre underlagets overflateglatthet gjennom teknologier som Chemical Mechanical Polishing (CMP).

Tykkelse og enhetlighetskontroll: Den økte størrelsen på 12-tommers underlag betyr høyere krav til jevn tykkelse og krystallkvalitet. Inkonsekvent tykkelse kan føre til ujevn termisk stress, noe som påvirker ytelsen og påliteligheten til enheten. For å sikre 12-tommers underlag av høy kvalitet, må presis vekst og påfølgende kutte- og poleringsprosesser brukes for å garantere konsistens i tykkelsen.

C. Størrelse og produksjonsfordeler med 12-tommers substrater

Etter hvert som halvlederindustrien beveger seg mot større substrater, gir 12-tommers silisiumkarbidsubstrat betydelige fordeler i produksjonseffektivitet og kostnadseffektivitet. Sammenlignet med tradisjonelle6-tommers og 8-tommers underlag, 12-tommers substrater kan gi flere sponkutt, noe som øker antallet flis produsert per produksjonskjøring betraktelig, og reduserer dermed enhetsbrikkekostnadene betydelig. I tillegg gir den større størrelsen på 12-tommers substrater en bedre plattform for effektiv produksjon av integrerte kretser, reduserer repeterende produksjonstrinn og forbedrer den totale produksjonseffektiviteten.

Hvordan produseres 12-tommers silisiumkarbidsubstrater?

A. Krystallvekstteknikker

Sublimeringsmetode (PVT):

Sublimeringsmetoden (Physical Vapor Transport, PVT) er en av de mest brukte silisiumkarbidkrystallvekstteknikkene, spesielt egnet for produksjon av silisiumkarbidsubstrater i stor størrelse. I denne prosessen sublimerer silisiumkarbidråmaterialer ved høye temperaturer, og det gassformige karbonet og silisiumet rekombineres på det varme substratet for å vokse til krystaller. Fordelene med sublimeringsmetoden inkluderer høy materialrenhet og god krystallkvalitet, egnet for produksjon av høy etterspørsel12-tommers underlag. Denne metoden møter imidlertid også noen utfordringer, som sakte veksthastigheter og høye krav til streng kontroll av temperatur og atmosfære.

CVD-metode (kjemisk dampavsetning):

I CVD-prosessen brytes gassformige forløpere (som SiCl4 og C₆H6) ned og avsettes på underlaget for å danne en film ved høye temperaturer. Sammenlignet med PVT kan CVD-metoden gi mer jevn filmvekst og er egnet for akkumulering av tynnfilmmaterialer og overflatefunksjonalisering. Selv om CVD-metoden har noen vanskeligheter med tykkelseskontroll, er den fortsatt mye brukt for å forbedre krystallkvaliteten og underlagets ensartethet.

B. Teknikker for skjæring og polering av underlag

Krystallskjæring:

Å kutte 12-tommers underlag fra store krystaller er en kompleks teknikk. Krystallskjæringsprosessen krever nøyaktig kontroll av mekanisk stress for å sikre at underlaget ikke sprekker eller utvikler mikrosprekker under kutting. For å forbedre skjærenøyaktigheten brukes laserskjæringsteknologi ofte, eller kombinert med ultralyd og høypresisjonsmekaniske verktøy for å forbedre skjærekvaliteten.

Polering og overflatebehandling:

Chemical Mechanical Polishing (CMP) er en nøkkelteknologi for å forbedre underlagets overflatekvalitet. Denne prosessen fjerner mikrodefekter på underlagets overflate gjennom den synergistiske virkningen av mekanisk friksjon og kjemiske reaksjoner, og sikrer jevnhet og flathet. Overflatebehandling forbedrer ikke bare underlagets glans, men reduserer også overflatedefekter, og optimerer dermed ytelsen til påfølgende enheter.

C. Underlagsfeilkontroll og kvalitetskontroll

Defekttyper:

Vanlige feil isilisiumkarbidsubstraterinkluderer dislokasjoner, gitterdefekter og mikrosprekker. Disse defektene kan direkte påvirke den elektriske ytelsen og den termiske stabiliteten til enheter. Derfor er det viktig å strengt kontrollere forekomsten av disse defektene under substratvekst, kutting og polering. Dislokasjoner og gitterdefekter stammer vanligvis fra feil krystallvekst eller for høye kuttetemperaturer.

Kvalitetsvurdering:

For å sikre substratkvalitet brukes ofte teknologier som skanningselektronmikroskopi (SEM) og atomkraftmikroskopi (AFM) for inspeksjon av overflatekvalitet. I tillegg kan elektriske ytelsestester (som ledningsevne og mobilitet) vurdere underlagets kvalitet ytterligere.

På hvilke felt brukes 12-tommers silisiumkarbidsubstrater?

A. Kraftelektronikk og krafthalvlederenheter

12-tommers silisiumkarbidsubstrater er mye brukt i krafthalvlederenheter, spesielt i MOSFET-er, IGBT-er og Schottky-dioder. Disse enhetene brukes mye i effektiv strømstyring, industrielle strømforsyninger, omformere og elektriske kjøretøy. Høyspenningstoleransen og det lave svitsjetapskarakteristikkene til SiC-enheter gjør dem i stand til å forbedre effektkonverteringseffektiviteten betydelig, redusere energitapet og fremme utviklingen av grønne energiteknologier.

B. Ny energi og elektriske kjøretøy

I elektriske kjøretøyer kan 12-tommers silisiumkarbidsubstrater øke effektiviteten til elektriske drivsystemer og forbedre batteriets ladehastighet og rekkevidde. På grunn av evnen tilsilisiumkarbidmaterialerfor effektivt å håndtere høyspennings- og høyfrekvente signaler, er de også uunnværlige i høyhastighetsladeutstyr på ladestasjoner for elektriske kjøretøy.

C. 5G-kommunikasjon og høyfrekvent elektronikk

12-tommers silisiumkarbidsubstrater, med sin utmerkede høyfrekvente ytelse, er mye brukt i 5G-basestasjoner og høyfrekvente RF-enheter. De kan forbedre signaloverføringseffektiviteten betydelig og redusere signaltap, og støtter høyhastighets dataoverføring av 5G-nettverk.

D. Energisektoren

Silisiumkarbidsubstrater har også viktige bruksområder innen fornybar energi som solcelleomformere og vindkraftproduksjon. Ved å forbedre energikonverteringseffektiviteten kan SiC-enheter redusere energitapet og forbedre stabiliteten og påliteligheten til utstyret til strømnettet.

Hva er utfordringene og flaskehalsene til 12-tommers silisiumkarbidsubstrater?

A. Produksjonskostnader og storskala produksjon

Produksjonskostnaden på 12-tommerssilisiumkarbidskiverer fortsatt høy, hovedsakelig reflektert i råvarer, utstyrsinvesteringer og teknologisk forskning og utvikling. Hvordan bryte gjennom de tekniske utfordringene ved storskala produksjon og redusere enhetsproduksjonskostnadene er nøkkelen til å fremme populariseringen av silisiumkarbidteknologi.

B. Underlagsfeil og kvalitetskonsistens

Selv om 12-tommers substrater har produksjonsfordeler, kan defekter fortsatt oppstå under krystallvekst, kutte- og poleringsprosesser, noe som fører til inkonsekvent substratkvalitet. Hvordan redusere defekttettheten og forbedre kvalitetskonsistensen gjennom innovative teknologier er et fokus for fremtidig forskning.

C. Etterspørsel etter oppdateringer av utstyr og teknologi

Etterspørselen etter skjære- og poleringsutstyr med høy presisjon øker. Samtidig er presis kvalitetskontroll av underlag basert på nye deteksjonsteknologier (som atomkraftmikroskopi, elektronstråleskanning osv.) nøkkelen til å forbedre produksjonseffektiviteten og produktkvaliteten.

Vi i Semicorex tilbyr en rekkeWafere av høy kvalitetomhyggelig konstruert for å møte de krevende kravene til halvlederindustrien, hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakttelefon: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com