Silisyum karbürün tanıtımı
Silisyum karbür (SiC), karbon ve silisyumdan oluşan bir bileşik yarı iletken malzemedir ve yüksek sıcaklık, yüksek frekans, yüksek güç ve yüksek voltajlı cihazlar yapmak için ideal malzemelerden biridir. Geleneksel silisyum malzeme (Si) ile karşılaştırıldığında, silisyum karbürün bant aralığı silisyumun 3 katıdır. Isıl iletkenliği silisyumun 4-5 katıdır; Arıza gerilimi silisyumun 8-10 katıdır; Elektronik doygunluk sürüklenme oranı silisyumun 2-3 katıdır ve bu da modern endüstrinin yüksek güç, yüksek voltaj ve yüksek frekans ihtiyaçlarını karşılar. Esas olarak yüksek hızlı, yüksek frekanslı, yüksek güçlü ve ışık yayan elektronik bileşenlerin üretimi için kullanılır. Aşağı akış uygulama alanları arasında akıllı şebeke, yeni enerji araçları, fotovoltaik rüzgar enerjisi, 5G iletişimi vb. yer alır. Silisyum karbür diyotlar ve MOSFET'ler ticari olarak uygulanmıştır.
Yüksek sıcaklık direnci. Silisyum karbürün bant aralığı genişliği silisyumun 2-3 katıdır, elektronların yüksek sıcaklıklarda geçişi kolay değildir ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarına dayanabilir ve silisyum karbürün termal iletkenliği silisyumun 4-5 katıdır, bu da cihazın ısı dağılımını kolaylaştırır ve sınır çalışma sıcaklığını daha yüksek hale getirir. Yüksek sıcaklık direnci, soğutma sistemindeki gereksinimleri azaltırken güç yoğunluğunu önemli ölçüde artırabilir, terminali daha hafif ve daha küçük hale getirir.
Yüksek basınca dayanıklıdır. Silisyum karbürün arıza elektrik alan gücü, daha yüksek voltajlara dayanabilen ve yüksek voltajlı cihazlar için daha uygun olan silisyumun 10 katıdır.
Yüksek frekans direnci. Silisyum karbür, silikonun iki katı doymuş elektron sürüklenme oranına sahiptir, bu da kapatma işlemi sırasında akım kuyruğunun olmamasıyla sonuçlanır, bu da cihazın anahtarlama frekansını etkili bir şekilde iyileştirebilir ve cihazın minyatürleştirilmesini gerçekleştirebilir.
Düşük enerji kaybı. Silisyum malzemeyle karşılaştırıldığında, silisyum karbür çok düşük açık dirence ve düşük açık kayba sahiptir. Aynı zamanda, silisyum karbürün yüksek bant aralığı genişliği kaçak akımı ve güç kaybını büyük ölçüde azaltır. Ek olarak, silisyum karbür cihazı kapatma işlemi sırasında akım izleme fenomenine sahip değildir ve anahtarlama kaybı düşüktür.
Silisyum karbür endüstri zinciri
Esas olarak substrat, epitaksi, cihaz tasarımı, üretim, sızdırmazlık vb. içerir. Malzemeden yarı iletken güç cihazına kadar silisyum karbür, tek kristal büyümesi, külçe dilimleme, epitaksiyel büyüme, gofret tasarımı, üretim, paketleme ve diğer süreçleri deneyimleyecektir. Silisyum karbür tozunun sentezinden sonra, önce silisyum karbür külçe yapılır ve daha sonra silisyum karbür substrat dilimleme, taşlama ve parlatma yoluyla elde edilir ve epitaksiyel tabaka epitaksiyel büyüme ile elde edilir. Epitaksiyel gofret, litografi, aşındırma, iyon implantasyonu, metal pasivasyonu ve diğer işlemler yoluyla silisyum karbürden yapılır, gofret kalıba kesilir, cihaz paketlenir ve cihaz özel bir kabukta birleştirilir ve bir modüle monte edilir.
Endüstri zincirinin yukarı akışı 1: alt tabaka - kristal büyümesi temel işlem bağlantısıdır
Silisyum karbür alt tabaka, silisyum karbür cihazların maliyetinin yaklaşık %47'sini oluştururken, en yüksek üretim teknik engeli, en büyük değer olup, SiC'nin gelecekteki büyük ölçekli endüstrileşmesinin çekirdeğini oluşturmaktadır.
Elektrokimyasal özellik farklılıkları açısından, silisyum karbür alt tabaka malzemeleri iletken alt tabakalar (özdirenç bölgesi 15~30mΩ·cm) ve yarı yalıtımlı alt tabakalar (özdirenç 105Ω·cm'den yüksek) olarak ikiye ayrılabilir. Bu iki tür alt tabaka, epitaksiyel büyümeden sonra sırasıyla güç cihazları ve radyo frekans cihazları gibi ayrı cihazlar üretmek için kullanılır. Bunlar arasında, yarı yalıtımlı silisyum karbür alt tabaka esas olarak galyum nitrür RF cihazları, fotoelektrik cihazlar vb. üretiminde kullanılır. Yarı yalıtımlı SIC alt tabaka üzerine gan epitaksiyel tabaka büyütülerek, daha sonra HEMT gan izo-nitrür RF cihazlarına hazırlanabilen sic epitaksiyel plaka hazırlanır. İletken silisyum karbür alt tabaka esas olarak güç cihazlarının üretiminde kullanılır. Geleneksel silikon güç cihazı üretim sürecinden farklı olarak, silikon karbür güç cihazı doğrudan silikon karbür alt tabaka üzerinde yapılamaz, silikon karbür epitaksiyel tabakanın silikon karbür epitaksiyel levhayı elde etmek için iletken alt tabaka üzerinde büyütülmesi gerekir ve epitaksiyel tabaka Schottky diyot, MOSFET, IGBT ve diğer güç cihazları üzerinde üretilir.
Silisyum karbür tozu, yüksek saflıkta karbon tozu ve yüksek saflıkta silisyum tozundan sentezlendi ve farklı boyutlarda silisyum karbür külçesi özel sıcaklık alanı altında büyütüldü ve ardından silisyum karbür alt tabakası çoklu işleme süreçleriyle üretildi. Çekirdek süreç şunları içerir:
Hammadde sentezi: Yüksek saflıkta silisyum tozu + toner formüle göre karıştırılır ve reaksiyon, 2000°C'nin üzerindeki yüksek sıcaklık koşullarında reaksiyon haznesinde gerçekleştirilerek belirli kristal tipi ve parçacık boyutuna sahip silisyum karbür parçacıkları sentezlenir. Daha sonra kırma, eleme, temizleme ve diğer işlemlerden geçirilerek yüksek saflıkta silisyum karbür tozu hammaddelerinin gereksinimleri karşılanır.
Kristal büyümesi, silisyum karbür alt tabaka üretiminin temel sürecidir ve silisyum karbür alt tabakanın elektriksel özelliklerini belirler. Şu anda, kristal büyümesi için ana yöntemler fiziksel buhar transferi (PVT), yüksek sıcaklıkta kimyasal buhar biriktirme (HT-CVD) ve sıvı faz epitaksi (LPE)'dir. Bunlar arasında, PVT yöntemi şu anda en yüksek teknik olgunluğa sahip ve mühendislikte en yaygın kullanılan, SiC alt tabakanın ticari büyümesi için ana akım yöntemdir.
SiC alt tabakasının hazırlanması zordur ve bu da fiyatının yüksek olmasına neden olur
Sıcaklık alanı kontrolü zordur: Si kristal çubuk büyümesinin sadece 1500℃'ye ihtiyacı varken, SiC kristal çubuğun 2000℃'nin üzerindeki yüksek bir sıcaklıkta büyütülmesi gerekir ve 250'den fazla SiC izomeri vardır, ancak güç cihazlarının üretimi için ana 4H-SiC tek kristal yapısı, hassas kontrol değilse, diğer kristal yapıları elde edecektir. Ek olarak, potadaki sıcaklık gradyanı, SiC süblimleşme transferinin hızını ve kristal arayüzündeki gaz halindeki atomların düzenlenmesini ve büyüme modunu belirler, bu da kristal büyüme hızını ve kristal kalitesini etkiler, bu nedenle sistematik bir sıcaklık alanı kontrol teknolojisi oluşturmak gerekir. Si malzemeleriyle karşılaştırıldığında, SiC üretimindeki fark, yüksek sıcaklık iyon implantasyonu, yüksek sıcaklık oksidasyonu, yüksek sıcaklık aktivasyonu ve bu yüksek sıcaklık işlemlerinin gerektirdiği sert maske işlemi gibi yüksek sıcaklık işlemlerinde de bulunmaktadır.
Yavaş kristal büyümesi: Si kristal çubuğun büyüme hızı 30 ~ 150 mm/saat'e ulaşabilir ve 1-3 m silikon kristal çubuğun üretimi sadece yaklaşık 1 gün sürer; bir örnek olarak PVT yöntemi ile SiC kristal çubuğun büyüme hızı yaklaşık 0,2-0,4 mm/saat'tir, 3-6 cm'den daha az büyümesi 7 gün sürer, büyüme hızı silikon malzemenin %1'inden azdır, üretim kapasitesi son derece sınırlıdır.
Yüksek ürün parametreleri ve düşük verim: SiC substratının temel parametreleri mikrotübül yoğunluğu, dislokasyon yoğunluğu, özdirenç, eğrilik, yüzey pürüzlülüğü vb.'dir. Parametre indekslerini kontrol ederken atomları kapalı, yüksek sıcaklıklı bir odada düzenlemek ve kristal büyümesini tamamlamak karmaşık bir sistem mühendisliğidir.
Malzeme yüksek sertliğe, yüksek kırılganlığa, uzun kesme süresine ve yüksek aşınmaya sahiptir: 9,25'lik SiC Mohs sertliği, elmastan sonra ikinci sıradadır, bu da kesme, taşlama ve cilalama zorluğunda önemli bir artışa yol açar ve 3 cm kalınlığındaki bir külçenin 35-40 parçasını kesmek yaklaşık 120 saat sürer. Ayrıca, SiC'nin yüksek kırılganlığı nedeniyle, yonga işleme aşınması daha fazla olacak ve çıktı oranı yalnızca yaklaşık %60 olacaktır.
Gelişim eğilimi: Boyut artışı + fiyat düşüşü
Küresel SiC pazarı 6 inç hacim üretim hattı olgunlaşıyor ve önde gelen şirketler 8 inç pazarına girdi. Yurt içi geliştirme projeleri çoğunlukla 6 inçtir. Şu anda, çoğu yurt içi şirket hala 4 inç üretim hatlarına dayansa da, sektör kademeli olarak 6 inçe genişliyor, 6 inç destekleyici ekipman teknolojisinin olgunlaşmasıyla birlikte, yurt içi SiC alt tabaka teknolojisi de kademeli olarak gelişiyor. Büyük boyutlu üretim hatlarının ölçek ekonomileri yansıtılacak ve mevcut yurt içi 6 inç seri üretim zaman aralığı 7 yıla daraldı. Daha büyük gofret boyutu, tek çip sayısında artışa neden olabilir, verim oranını iyileştirebilir ve kenar çiplerinin oranını azaltabilir ve araştırma ve geliştirme maliyeti ve verim kaybı yaklaşık %7'de tutulacak ve böylece gofret kullanımı iyileştirilecektir.
Cihaz tasarımında hala birçok zorluk var
SiC diyotunun ticarileştirilmesi giderek iyileşiyor, şu anda bir dizi yerli üretici SiC SBD ürünleri tasarladı, orta ve yüksek voltajlı SiC SBD ürünleri iyi bir stabiliteye sahip, araç OBC'sinde, kararlı akım yoğunluğu elde etmek için SiC SBD+SI IGBT kullanımı. Şu anda, Çin'de SiC SBD ürünlerinin patent tasarımında hiçbir engel yok ve yabancı ülkelerle olan fark küçük.
SiC MOS hala birçok zorlukla karşı karşıya, SiC MOS ile yurtdışı üreticileri arasında hala bir boşluk var ve ilgili üretim platformu hala yapım aşamasında. Şu anda, ST, Infineon, Rohm ve diğer 600-1700V SiC MOS seri üretime ulaşmış ve birçok üretim endüstrisiyle anlaşmalar imzalamış ve göndermişken, mevcut yerel SiC MOS tasarımı temel olarak tamamlanmış durumda, bir dizi tasarım üreticisi gofret akış aşamasında fabrikalarla çalışıyor ve daha sonraki müşteri doğrulaması hala biraz zamana ihtiyaç duyuyor, bu nedenle büyük ölçekli ticarileştirmeye hala uzun bir zaman var.
Şu anda, düzlemsel yapı ana akım seçimdir ve hendek tipi gelecekte yüksek basınç alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Düzlemsel yapı SiC MOS üreticileri çoktur, düzlemsel yapı oluğa kıyasla yerel arıza sorunları üretmek kolay değildir, işin kararlılığını etkiler, 1200V'un altındaki pazarda geniş bir uygulama değeri aralığı vardır ve düzlemsel yapı üretim sonunda nispeten basittir, üretilebilirlik ve maliyet kontrolünün iki yönünü karşılamak için. Oluk cihazı son derece düşük parazitik endüktans, hızlı anahtarlama hızı, düşük kayıp ve nispeten yüksek performans avantajlarına sahiptir.
2--SiC gofret haberleri
Silisyum karbür pazarı üretim ve satış büyümesi, arz ve talep arasındaki yapısal dengesizliğe dikkat edin
Yüksek frekanslı ve yüksek güçlü güç elektroniğine yönelik pazar talebinin hızla artmasıyla birlikte, silikon bazlı yarı iletken aygıtların fiziksel sınır darboğazı giderek belirginleşti ve silikon karbür (SiC) ile temsil edilen üçüncü nesil yarı iletken malzemeler giderek endüstriyel hale geldi. Malzeme performansı açısından, silikon karbür, silikon malzemenin bant aralığı genişliğinin 3 katına, kritik arıza elektrik alan gücünün 10 katına, termal iletkenliğin 3 katına sahiptir, bu nedenle silikon karbür güç aygıtları yüksek frekans, yüksek basınç, yüksek sıcaklık ve diğer uygulamalar için uygundur, güç elektroniği sistemlerinin verimliliğini ve güç yoğunluğunu iyileştirmeye yardımcı olur.
Şu anda, SiC diyotlar ve SiC MOSFET'ler yavaş yavaş pazara girmiş olup, aralarında SiC diyotların bazı alanlarda silikon bazlı diyotlar yerine yaygın olarak kullanıldığı daha olgun ürünler bulunmaktadır çünkü ters kurtarma şarjı avantajına sahip değildirler; SiC MOSFET ayrıca otomotiv, enerji depolama, şarj yığını, fotovoltaik ve diğer alanlarda da giderek daha fazla kullanılmaktadır; Otomotiv uygulamaları alanında, modülerleştirme eğilimi giderek daha belirgin hale gelmektedir, SiC'nin üstün performansının elde edilmesi için gelişmiş paketleme süreçlerine güvenmesi gerekmektedir, teknik olarak nispeten olgun kabuk sızdırmazlığı ana akım olarak, gelecek veya plastik sızdırmazlık gelişimi, özelleştirilmiş geliştirme özellikleri SiC modülleri için daha uygundur.
Silisyum karbür fiyatının düşüş hızı hayal gücünün ötesinde
Silisyum karbür cihazlarının uygulaması esas olarak yüksek maliyetle sınırlıdır, aynı seviyedeki SiC MOSFET'in fiyatı Si bazlı IGBT'nin 4 katıdır, bunun nedeni silisyum karbür işleminin karmaşık olması, tek kristal ve epitaksiyelin büyümesinin sadece çevre için zorlu olması değil, aynı zamanda büyüme hızının yavaş olması ve tek kristalin alt tabakaya işlenmesinin kesme ve parlatma sürecinden geçmesi gerektiğidir. Kendi malzeme özelliklerine ve olgunlaşmamış işleme teknolojisine dayanarak, yerli alt tabakanın verimi %50'den azdır ve çeşitli faktörler yüksek alt tabaka ve epitaksiyel fiyatlarına yol açar.
Ancak silisyum karbür cihazlarının ve silisyum esaslı cihazların maliyet kompozisyonları taban tabana zıttır, ön kanalın alt tabaka ve epitaksiyel maliyetleri tüm cihazın sırasıyla %47 ve %23'ünü oluşturur ve yaklaşık %70'ini oluşturur, cihaz tasarımı, imalatı ve arka kanalın sızdırmazlık bağlantıları sadece %30'unu oluşturur, silisyum esaslı cihazların üretim maliyeti esas olarak arka kanalın yaklaşık %50'sinin gofret imalatında yoğunlaşır ve alt tabaka maliyeti sadece %7'sini oluşturur. Silisyum karbür endüstrisinin değer zincirinin tersine dönmesi olgusu, yukarı akış alt tabaka epitaksi üreticilerinin, yerli ve yabancı işletmelerin düzeninin anahtarı olan temel söz hakkına sahip olduğu anlamına gelir.
Piyasadaki dinamik bakış açısından, silisyum karbürün maliyetini düşürmek, silisyum karbür uzun kristalini ve dilimleme sürecini iyileştirmenin yanı sıra, geçmişte yarı iletken gelişiminin olgun yolu olan gofret boyutunu genişletmektir, Wolfspeed verileri silisyum karbür alt tabakanın 6 inçten 8 inçe yükseltilmesinin, nitelikli çip üretiminin %80-90 oranında artabileceğini ve verimi artırmaya yardımcı olabileceğini göstermektedir. Birleşik birim maliyetini %50 oranında azaltabilir.
2023, "8 inçlik SiC'nin ilk yılı" olarak biliniyor, bu yıl, yerli ve yabancı silisyum karbür üreticileri, 8 inçlik silisyum karbürün yerleşimini hızlandırıyor, örneğin Wolfspeed'in silisyum karbür üretim genişlemesi için 14,55 milyar ABD doları tutarında çılgın yatırımı, bunun önemli bir kısmı 8 inçlik SiC alt tabaka üretim tesisi inşaatı, bir dizi şirkete 200 mm SiC çıplak metalin gelecekteki tedarikini sağlamak için; Yurt içi Tianyue Advanced ve Tianke Heda da gelecekte 8 inçlik silisyum karbür alt tabakaları tedarik etmek için Infineon ile uzun vadeli anlaşmalar imzaladılar.
Bu yıldan itibaren silisyum karbür 6 inçten 8 inçe çıkacak, Wolfspeed 2024 yılına kadar 8 inçlik alt tabakanın birim çip maliyetinin 2022 yılında 6 inçlik alt tabakanın birim çip maliyetine kıyasla %60'tan fazla azalacağını ve maliyet düşüşünün uygulama pazarını daha da açacağını öngörüyor, Ji Bond Consulting araştırma verileri bunu belirtti. 8 inçlik ürünlerin mevcut pazar payı %2'den az ve pazar payının 2026 yılına kadar yaklaşık %15'e çıkması bekleniyor.
Aslında, silisyum karbür alt tabakanın fiyatındaki düşüş oranı birçok kişinin hayal gücünü aşabilir, mevcut 6 inçlik alt tabaka piyasası teklifi 4000-5000 yuan / parçadır, yıl başına kıyasla çok düştü, gelecek yıl 4000 yuanın altına düşmesi bekleniyor, bazı üreticilerin ilk pazarı ele geçirmek için satış fiyatını maliyet çizgisinin altına düşürdüğünü, fiyat savaşı modelini açtığını, esas olarak silisyum karbür alt tabaka arzına odaklandığını, düşük voltaj alanında nispeten yeterli olduğunu, yerli ve yabancı üreticilerin üretim kapasitelerini agresif bir şekilde genişlettiğini veya silisyum karbür alt tabaka arz fazlasının hayal edilenden daha erken aşamaya gelmesine izin verdiğini belirtmekte fayda var.
Gönderi zamanı: 19-Oca-2024