Introduzione à u carburu di siliciu
U carburu di siliciu (SiC) hè un materiale semiconduttore cumpostu di carbone è siliciu, chì hè unu di i materiali ideali per a fabricazione di dispositivi à alta temperatura, alta frequenza, alta putenza è alta tensione. In paragone cù u materiale tradiziunale di siliciu (Si), a banda gap di u carburu di siliciu hè 3 volte quella di u siliciu. A cunduttività termica hè 4-5 volte quella di u siliciu; A tensione di rottura hè 8-10 volte quella di u siliciu; A velocità di deriva di saturazione elettronica hè 2-3 volte quella di u siliciu, chì risponde à i bisogni di l'industria muderna per alta putenza, alta tensione è alta frequenza. Hè principalmente adupratu per a produzzione di cumpunenti elettronichi à alta velocità, alta frequenza, alta putenza è emettitori di luce. I campi d'applicazione à valle includenu rete intelligente, veiculi à nova energia, energia eolica fotovoltaica, cumunicazione 5G, ecc. I diodi di carburu di siliciu è i MOSFET sò stati applicati cummercialmente.
Resistenza à alta temperatura. A larghezza di a banda di u carburu di siliciu hè 2-3 volte quella di u siliciu, l'elettroni ùn sò micca faciuli da trasferisce à alte temperature, è ponu suppurtà temperature di funziunamentu più elevate, è a cunduttività termica di u carburu di siliciu hè 4-5 volte quella di u siliciu, rendendu a dissipazione di u calore di u dispusitivu più faciule è a temperatura limite di funziunamentu più alta. A resistenza à alta temperatura pò aumentà significativamente a densità di putenza riducendu i requisiti di u sistema di raffreddamentu, rendendu u terminale più ligeru è più chjucu.
Resiste à alta pressione. A forza di u campu elettricu di rottura di u carburu di siliciu hè 10 volte quella di u siliciu, chì pò resiste à tensioni più elevate è hè più adattatu per i dispositivi à alta tensione.
Resistenza à alta frequenza. U carburu di siliciu hà una velocità di deriva di l'elettroni saturati duie volte quella di u siliciu, ciò chì risulta in l'assenza di coda di corrente durante u prucessu di spegnimentu, ciò chì pò migliurà efficacemente a frequenza di commutazione di u dispusitivu è realizà a miniaturizazione di u dispusitivu.
Perdita di energia bassa. In paragone cù u materiale di siliciu, u carburu di siliciu hà una resistenza à l'attivazione assai bassa è una perdita à l'attivazione bassa. À u listessu tempu, l'alta larghezza di banda di u carburu di siliciu riduce assai a corrente di dispersione è a perdita di putenza. Inoltre, u dispusitivu di carburu di siliciu ùn hà micca u fenomenu di trascinamentu di corrente durante u prucessu di spegnimentu, è a perdita di commutazione hè bassa.
Catena industriale di carburo di siliciu
Include principalmente u sustratu, l'epitaxia, a cuncepzione di u dispusitivu, a fabricazione, a sigillatura è cusì. U carburu di siliciu da u materiale à u dispusitivu di putenza à semiconduttore sperimenterà a crescita di cristalli singuli, u tagliu di lingotti, a crescita epitassiale, a cuncepzione di wafer, a fabricazione, l'imballaggio è altri prucessi. Dopu a sintesi di a polvere di carburu di siliciu, u lingotto di carburu di siliciu hè fattu prima, è dopu u sustratu di carburu di siliciu hè ottenutu per tagliu, macinazione è lucidatura, è u fogliu epitassiale hè ottenutu per crescita epitassiale. U wafer epitassiale hè fattu di carburu di siliciu per mezu di litografia, incisione, impiantazione ionica, passivazione di metalli è altri prucessi, u wafer hè tagliatu in una matrice, u dispusitivu hè imballatu, è u dispusitivu hè cumminatu in una cunchiglia speciale è assemblatu in un modulu.
À monte di a catena industriale 1: substratu - a crescita di cristalli hè u ligame principale di u prucessu
U sustratu di carburu di siliciu rapprisenta circa u 47% di u costu di i dispusitivi di carburu di siliciu, e più alte barriere tecniche di fabricazione, u valore più grande, hè u core di a futura industrializazione à grande scala di SiC.
Da u puntu di vista di e differenze di pruprietà elettrochimiche, i materiali di substratu di carburo di siliciu ponu esse divisi in substrati conduttivi (regione di resistività 15~30mΩ·cm) è substrati semi-isolati (resistività superiore à 105Ω·cm). Quessi dui tipi di substrati sò aduprati per fabricà dispositivi discreti cum'è dispositivi di putenza è dispositivi di radiofrequenza rispettivamente dopu a crescita epitassiale. Frà elli, u substratu di carburo di siliciu semi-isolatu hè principalmente adupratu in a fabricazione di dispositivi RF di nitruro di galliu, dispositivi fotoelettrici è cusì. Crescendu un stratu epitassiale gan nantu à un substratu SIC semi-isolatu, si prepara a piastra epitassiale sic, chì pò esse ulteriormente preparata in dispositivi RF di iso-nitruro di gan HEMT. U substratu di carburo di siliciu conduttivu hè principalmente adupratu in a fabricazione di dispositivi di putenza. Differente da u prucessu tradiziunale di fabricazione di dispositivi di putenza di siliciu, u dispositivu di putenza di carburu di siliciu ùn pò micca esse fattu direttamente nantu à u sustratu di carburu di siliciu, u stratu epitassiale di carburu di siliciu deve esse cultivatu nantu à u sustratu conduttivu per ottene a foglia epitassiale di carburu di siliciu, è u stratu epitassiale hè fabbricatu nantu à u diodu Schottky, MOSFET, IGBT è altri dispositivi di putenza.
A polvere di carburo di siliciu hè stata sintetizzata da polvere di carbone di alta purità è polvere di siliciu di alta purità, è diverse dimensioni di lingotti di carburo di siliciu sò state cultivate sottu un campu di temperatura speciale, è dopu u sustratu di carburo di siliciu hè statu pruduttu attraversu parechji prucessi di trasfurmazione. U prucessu principale include:
Sintesi di materie prime: A polvere di siliciu di alta purità + u toner sò mischiati secondu a formula, è a reazione hè realizata in a camera di reazione in cundizioni di alta temperatura sopra à 2000 ° C per sintetizà e particelle di carburo di siliciu cù un tipu di cristallu specificu è una dimensione di particelle. Dopu, attraversu a frantumazione, a vagliatura, a pulizia è altri prucessi, per risponde à i requisiti di e materie prime di polvere di carburo di siliciu di alta purità.
A crescita di i cristalli hè u prucessu principale di fabricazione di substrati di carburo di siliciu, chì determina e proprietà elettriche di u substratu di carburo di siliciu. Attualmente, i principali metudi per a crescita di i cristalli sò u trasferimentu fisicu di vapore (PVT), a deposizione chimica di vapore à alta temperatura (HT-CVD) è l'epitassia in fase liquida (LPE). Frà questi, u metudu PVT hè attualmente u metudu principale per a crescita cummerciale di u substratu SiC, cù a più alta maturità tecnica è u più largamente utilizatu in ingegneria.
A preparazione di u substratu SiC hè difficiule, ciò chì porta à u so prezzu elevatu.
U cuntrollu di u campu di temperatura hè difficiule: a crescita di e barre di cristallu Si hà bisognu solu di 1500 ℃, mentre chì e barre di cristallu SiC anu bisognu di esse cultivate à una temperatura alta sopra à 2000 ℃, è ci sò più di 250 isomeri SiC, ma a principale struttura monocristallina 4H-SiC per a produzzione di dispositivi di putenza, se micca un cuntrollu precisu, uttene altre strutture cristalline. Inoltre, u gradiente di temperatura in u crogiolu determina a velocità di trasferimentu di sublimazione SiC è a disposizione è u modu di crescita di l'atomi gassosi nantu à l'interfaccia cristallina, chì affetta a velocità di crescita di u cristallu è a qualità di u cristallu, dunque hè necessariu furmà una tecnulugia sistematica di cuntrollu di u campu di temperatura. In paragone cù i materiali Si, a differenza in a produzzione di SiC hè ancu in i prucessi à alta temperatura cum'è l'impiantu ionicu à alta temperatura, l'ossidazione à alta temperatura, l'attivazione à alta temperatura è u prucessu di maschera dura richiesti da questi prucessi à alta temperatura.
Crescita lenta di i cristalli: a velocità di crescita di a barra di cristallu Si pò ghjunghje à 30 ~ 150 mm / h, è a pruduzzione di una barra di cristallu di siliciu di 1-3 m dura solu circa 1 ghjornu; Barra di cristallu SiC cù u metudu PVT cum'è esempiu, a velocità di crescita hè di circa 0,2-0,4 mm / h, 7 ghjorni per cresce menu di 3-6 cm, a velocità di crescita hè menu di 1% di u materiale di siliciu, a capacità di pruduzzione hè estremamente limitata.
Parametri di produttu elevati è rendimentu bassu: i parametri principali di u substratu SiC includenu a densità di microtubuli, a densità di dislocazioni, a resistività, a deformazione, a rugosità superficiale, ecc. Hè un sistema cumplessu di ingegneria per urganizà l'atomi in una camera chjusa à alta temperatura è cumpletà a crescita di i cristalli, mentre si cuntrolla l'indici di i parametri.
U materiale hà una durezza elevata, una fragilità elevata, un tempu di tagliu longu è una usura elevata: a durezza SiC Mohs di 9,25 hè seconda solu à u diamante, ciò chì porta à un aumentu significativu di a difficultà di tagliu, macinazione è lucidatura, è ci vole circa 120 ore per taglià 35-40 pezzi di un lingotto di 3 cm di spessore. Inoltre, per via di l'alta fragilità di SiC, l'usura di u trattamentu di i wafer serà maggiore, è u rapportu di pruduzzione hè solu di circa 60%.
Tendenza di sviluppu: Aumentu di a dimensione + diminuzione di u prezzu
A linea di pruduzzione di vulume di 6 pollici di u mercatu mundiale di SiC hè in maturità, è e cumpagnie principali sò entrate in u mercatu di 8 pollici. I prughjetti di sviluppu domesticu sò principalmente di 6 pollici. Attualmente, ancu s'è a maiò parte di e cumpagnie domestiche sò sempre basate nantu à linee di pruduzzione di 4 pollici, l'industria si sta espandendu gradualmente à 6 pollici, cù a maturità di a tecnulugia di l'equipaggiu di supportu di 6 pollici, a tecnulugia di u substratu SiC domesticu hè ancu in migliurazione graduale, l'economie di scala di e linee di pruduzzione di grande dimensione saranu riflesse, è l'attuale differenza di tempu di pruduzzione di massa domestica di 6 pollici hè stata ridutta à 7 anni. A dimensione più grande di u wafer pò purtà à un aumentu di u numeru di chip singuli, migliurà u tassu di rendimentu è riduce a proporzione di chip di punta, è u costu di ricerca è sviluppu è a perdita di rendimentu seranu mantenuti à circa 7%, migliurendu cusì l'utilizazione di u wafer.
Ci sò sempre parechje difficultà in a cuncepzione di u dispusitivu
A cummercializazione di u diodu SiC hè gradualmente migliurata, attualmente, un certu numeru di pruduttori naziunali anu cuncipitu prudutti SiC SBD, i prudutti SiC SBD di media è alta tensione anu una bona stabilità, in l'OBC di u veiculu, l'usu di SiC SBD + SI IGBT per ottene una densità di corrente stabile. Attualmente, ùn ci sò micca barriere in u cuncepimentu di brevetti di i prudutti SiC SBD in Cina, è a differenza cù i paesi stranieri hè chjuca.
U SiC MOS hà sempre parechje difficultà, ci hè sempre una lacuna trà u SiC MOS è i pruduttori stranieri, è a piattaforma di fabricazione pertinente hè sempre in custruzzione. Attualmente, ST, Infineon, Rohm è altri SiC MOS 600-1700V anu righjuntu a pruduzzione di massa è anu firmatu è speditu cù parechje industrie manifatturiere, mentre chì l'attuale cuncepimentu domesticu di SiC MOS hè statu basicamente cumpletatu, un numeru di pruduttori di cuncepimentu travaglianu cù fabbriche in a fase di flussu di wafer, è a verificazione di i clienti dopu hà sempre bisognu di qualchì tempu, dunque ci hè sempre assai tempu da a cummercializazione à grande scala.
Attualmente, a struttura planare hè a scelta principale, è u tipu di trincea hè largamente utilizatu in u campu di alta pressione in u futuru. I pruduttori di struttura planare SiC MOS sò numerosi, a struttura planare ùn hè micca faciule da pruduce prublemi di rottura lucale paragunata à a scanalatura, affettendu a stabilità di u travagliu, in u mercatu sottu à 1200V hà una vasta gamma di valore d'applicazione, è a struttura planare hè relativamente simplice in a fine di fabricazione, per risponde à i dui aspetti di fabricabilità è di cuntrollu di i costi. U dispusitivu di scanalatura hà i vantaghji di una induttanza parassita estremamente bassa, una velocità di commutazione rapida, una bassa perdita è prestazioni relativamente alte.
2 -- Nutizie nantu à e cialde di SiC
A pruduzzione di u mercatu di carburu di siliciu è a crescita di e vendite, fate attenzione à u squilibriu strutturale trà l'offerta è a dumanda
Cù a rapida crescita di a dumanda di u mercatu per l'elettronica di putenza d'alta frequenza è d'alta putenza, u collu di buttiglia di u limitu fisicu di i dispositivi semiconduttori à basa di siliciu hè diventatu gradualmente prominente, è i materiali semiconduttori di terza generazione rapprisentati da u carburu di siliciu (SiC) sò diventati gradualmente industrializati. Da u puntu di vista di e prestazioni di i materiali, u carburu di siliciu hà 3 volte a larghezza di a banda di u materiale di siliciu, 10 volte a forza di u campu elettricu di rottura critica, 3 volte a cunduttività termica, dunque i dispositivi di putenza di carburu di siliciu sò adatti per alta frequenza, alta pressione, alta temperatura è altre applicazioni, aiutanu à migliurà l'efficienza è a densità di putenza di i sistemi elettronichi di putenza.
Attualmente, i diodi SiC è i MOSFET SiC sò gradualmente ghjunti à u mercatu, è ci sò prudutti più maturi, frà i quali i diodi SiC sò largamente usati invece di i diodi à basa di siliciu in certi campi perchè ùn anu micca u vantaghju di a carica di recuperu inversu; U MOSFET SiC hè ancu gradualmente adupratu in l'automobile, l'almacenamiento di energia, a pila di carica, u fotovoltaicu è altri campi; In u campu di l'applicazioni automobilistiche, a tendenza di a modularizazione diventa sempre più prominente, a prestazione superiore di SiC hà bisognu di affidà si à prucessi di imballaggio avanzati per ottene, tecnicamente cù una sigillatura di gusci relativamente matura cum'è u mainstream, u futuru o à u sviluppu di sigillatura plastica, e so caratteristiche di sviluppu persunalizate sò più adatte per i moduli SiC.
Velocità di calata di u prezzu di u carburu di siliciu o oltre l'imaginazione
L'applicazione di i dispusitivi in carburo di siliciu hè principalmente limitata da u costu elevatu, u prezzu di u SiC MOSFET sottu à u listessu livellu hè 4 volte più altu ch'è quellu di l'IGBT basatu annantu à Si, questu hè perchè u prucessu di u carburo di siliciu hè cumplessu, in u quale a crescita di u monocristallu è l'epitassiale ùn hè micca solu dura per l'ambiente, ma ancu u ritmu di crescita hè lentu, è u trattamentu di u monocristallu in u sustratu deve passà per u prucessu di tagliu è lucidatura. Basatu annantu à e so caratteristiche di u materiale è a tecnulugia di trattamentu immatura, u rendimentu di u sustratu domesticu hè menu di u 50%, è diversi fattori portanu à prezzi elevati di u sustratu è di l'epitassiale.
Tuttavia, a cumpusizione di i costi di i dispositivi in carburo di siliciu è di i dispositivi à basa di siliciu hè diametralmente opposta, i costi di u substratu è di l'epitassia di u canale frontale rapprisentanu rispettivamente u 47% è u 23% di tuttu u dispositivu, per un totale di circa u 70%, a cuncepzione di u dispositivu, a fabricazione è i ligami di sigillatura di u canale posteriore rapprisentanu solu u 30%, u costu di pruduzzione di i dispositivi à basa di siliciu hè principalmente cuncintratu in a fabricazione di wafer di u canale posteriore per circa u 50%, è u costu di u substratu rapprisenta solu u 7%. U fenomenu di u valore di a catena industriale di u carburo di siliciu à l'incontrariu significa chì i pruduttori di epitassie di substrati à monte anu u dirittu fundamentale di parlà, chì hè a chjave per u layout di l'imprese naziunali è straniere.
Da u puntu di vista dinamicu di u mercatu, riduce u costu di u carburu di siliciu, in più di migliurà u prucessu di cristallu longu è di taglio di carburu di siliciu, significa allargà a dimensione di a cialda, chì hè ancu a strada matura di u sviluppu di semiconduttori in u passatu. I dati di Wolfspeed mostranu chì l'aghjurnamentu di u sustratu di carburu di siliciu da 6 pollici à 8 pollici, a pruduzzione di chip qualificata pò aumentà di 80%-90%, è aiutà à migliurà u rendimentu. Pò riduce u costu unitariu cumminatu di 50%.
U 2023 hè cunnisciutu cum'è u "primu annu di SiC di 8 pollici", quest'annu, i pruduttori naziunali è stranieri di carburo di siliciu stanu accelerendu a cunfigurazione di u carburo di siliciu di 8 pollici, cum'è l'investimentu pazzu di Wolfspeed di 14,55 miliardi di dollari americani per l'espansione di a produzzione di carburo di siliciu, una parte impurtante di a quale hè a custruzzione di una fabbrica di fabricazione di substrati di SiC di 8 pollici, Per assicurà a futura furnitura di metallu nudu SiC di 200 mm à un certu numeru di cumpagnie; Tianyue Advanced domestica è Tianke Heda anu ancu firmatu accordi à longu andà cù Infineon per furnisce substrati di carburo di siliciu di 8 pollici in u futuru.
À partesi da quest'annu, u carburu di siliciu accelererà da 6 pollici à 8 pollici, Wolfspeed prevede chì da u 2024, u costu unitariu di u chip di u substratu di 8 pollici paragunatu à u costu unitariu di u chip di u substratu di 6 pollici in u 2022 serà riduttu di più di u 60%, è a diminuzione di u costu apre ulteriormente u mercatu di l'applicazioni, anu indicatu i dati di ricerca di Ji Bond Consulting. A quota di mercatu attuale di i prudutti di 8 pollici hè menu di u 2%, è a quota di mercatu si prevede chì crescerà à circa u 15% da u 2026.
In fatti, u ritmu di calata di u prezzu di u sustratu di carburo di siliciu pò superà l'imaginazione di parechje persone, l'offerta attuale di u mercatu di u sustratu di 6 pollici hè di 4000-5000 yuan / pezzu, paragunatu à l'iniziu di l'annu hè cascatu assai, si prevede chì cascherà sottu à 4000 yuan l'annu prossimu, vale a pena nutà chì alcuni pruduttori per ottene u primu mercatu, anu riduttu u prezzu di vendita à a linea di costu sottu, Apertu u mudellu di a guerra di i prezzi, principalmente cuncintratu in l'offerta di sustrati di carburo di siliciu hè stata relativamente sufficiente in u campu di bassa tensione, i pruduttori naziunali è stranieri stanu espandendu aggressivamente a capacità di pruduzzione, o lascianu chì u stadiu di sovraofferta di sustrati di carburo di siliciu sia prima di ciò chì si imaginava.
Data di publicazione: 19 di ghjennaghju di u 2024