Silisyum karbüre giriş
Silisyum karbür (SiC), yüksek sıcaklık, yüksek frekans, yüksek güç ve yüksek voltajlı cihazların yapımında ideal malzemelerden biri olan karbon ve silikondan oluşan bileşik yarı iletken bir malzemedir.Geleneksel silisyum malzeme (Si) ile karşılaştırıldığında silisyum karbürün bant aralığı silisyumun bant aralığının 3 katıdır.Termal iletkenlik silikonun 4-5 katıdır;Arıza voltajı silikonun 8-10 katıdır;Elektronik doyum sürüklenme hızı, modern endüstrinin yüksek güç, yüksek voltaj ve yüksek frekans ihtiyaçlarını karşılayan silikonun 2-3 katıdır.Esas olarak yüksek hızlı, yüksek frekanslı, yüksek güçlü ve ışık yayan elektronik bileşenlerin üretiminde kullanılır.Alt uygulama alanları arasında akıllı şebeke, yeni enerji araçları, fotovoltaik rüzgar enerjisi, 5G iletişimi vb. yer alır. Silikon karbür diyotlar ve MOSFET'ler ticari olarak uygulanmıştır.
Yüksek sıcaklık dayanımı.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. cihazın ısı dağılımını kolaylaştırır ve çalışma sıcaklığı sınırını yükseltir.Yüksek sıcaklık direnci, soğutma sistemindeki gereksinimleri azaltırken güç yoğunluğunu önemli ölçüde artırabilir ve terminali daha hafif ve daha küçük hale getirebilir.
Yüksek basınca dayanıklıdır.Silisyum karbürün arıza elektrik alanı kuvveti, daha yüksek gerilimlere dayanabilen ve yüksek gerilim cihazları 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 geliştirebilir ve cihazın minyatürleştirilmesini gerçekleştirebilir.
Düşük enerji kaybı.Silisyum malzemeyle karşılaştırıldığında silisyum karbür çok düşük direnç ve düşük kayıp özelliğine sahiptir.Aynı zamanda silisyum karbürün yüksek bant aralığı genişliği kaçak akımı ve güç kaybını büyük ölçüde azaltır.Ek olarak, silisyum karbür cihazın kapanma işlemi sırasında akım takip fenomeni yoktur ve anahtarlama kaybı düşüktür.
Silisyum karbür endüstri zinciri
Esas olarak alt tabaka, epitaksi, cihaz tasarımı, imalat, sızdırmazlık vb. içerir.Malzemeden yarı iletken güç cihazına giden silisyum karbür, tek kristal büyütme, külçe dilimleme, epitaksiyel büyüme, levha tasarımı, üretim, paketleme ve diğer süreçleri deneyimleyecektir.Silisyum karbür tozunun sentezinden sonra, önce silisyum karbür külçe yapılır, ardından dilimleme, öğütme ve cilalama yoluyla silisyum karbür substrat elde edilir ve epitaksiyel büyüme ile epitaksiyel tabaka elde edilir.Epitaksiyel levha, litografi, aşındırma, iyon implantasyonu, metal pasivasyon ve diğer işlemler yoluyla silisyum karbürden yapılır, levha kalıp halinde kesilir, cihaz paketlenir ve cihaz özel bir kabuk halinde birleştirilir ve bir modül halinde monte edilir.
Endüstri zincirinin yukarı akışı 1: substrat - kristal büyümesi temel proses bağlantısıdır
Silisyum karbür substrat, silisyum karbür cihazların maliyetinin yaklaşık %47'sini oluşturur; en yüksek üretim teknik engelleri, en büyük değer, SiC'nin gelecekteki büyük ölçekli sanayileşmesinin çekirdeğini oluşturur.
Elektrokimyasal özellik farklılıkları açısından, silisyum karbür substrat malzemeleri iletken substratlara (direnç bölgesi 15~30mΩ·cm) ve yarı yalıtımlı substratlara (direnç 105Ω·cm'den yüksek) ayrılabilir.Bu iki tür alt tabaka, epitaksiyel büyümeden sonra sırasıyla güç cihazları ve radyo frekansı cihazları gibi ayrı cihazların imalatında kullanılır.Bunlar arasında yarı yalıtımlı silisyum karbür substrat esas olarak galyum nitrür RF cihazları, fotoelektrik cihazlar vb. imalatında kullanılır.Yarı yalıtımlı SIC substratı üzerinde gan epitaksiyel katmanın büyütülmesiyle, HEMT gan izo-nitrür RF cihazlarına daha da hazırlanabilecek sic epitaksiyel plaka hazırlanır.İletken silisyum karbür substrat esas olarak güç cihazlarının imalatında kullanılır.Geleneksel silikon güç cihazı üretim prosesinden farklı olarak, silikon karbür güç cihazı doğrudan silikon karbür substrat üzerinde yapılamaz, silikon karbür epitaksiyel tabakayı elde etmek için silikon karbür epitaksiyel katmanın iletken substrat üzerinde büyütülmesi gerekir ve epitaksiyel katman Schottky diyot, MOSFET, IGBT ve diğer güç cihazlarında üretilir.
Silisyum karbür tozu, yüksek saflıkta karbon tozu ve yüksek saflıkta silisyum tozundan sentezlendi ve farklı boyutlarda silisyum karbür külçe, özel sıcaklık alanı altında büyütüldü ve daha sonra çoklu işleme süreçleriyle silisyum karbür substrat üretildi.Çekirdek süreç şunları içerir:
Hammadde sentezi: Yüksek saflıkta silikon tozu + toner formüle göre karıştırılır ve reaksiyon, spesifik kristal tipi ve partiküle sahip silisyum karbür partiküllerini sentezlemek için 2000°C'nin üzerindeki yüksek sıcaklık koşulu altında reaksiyon odasında gerçekleştirilir. boyut.Daha sonra yüksek saflıkta silisyum karbür tozu hammaddelerinin gereksinimlerini karşılamak için kırma, eleme, temizleme ve diğer işlemlerden geçirilir.
Kristal büyümesi, silisyum karbür alt tabakanın elektriksel özelliklerini belirleyen, silisyum karbür alt tabaka imalatının temel işlemidir.Şu anda kristal büyümesine yönelik ana yöntemler, fiziksel buhar transferi (PVT), yüksek sıcaklıkta kimyasal buhar biriktirme (HT-CVD) ve sıvı faz epitaksidir (LPE).Bunların arasında PVT yöntemi, şu anda SiC substratının ticari olarak büyütülmesi için en yüksek teknik olgunluğa sahip ve mühendislikte en yaygın kullanılan ana yöntemdir.
SiC substratının hazırlanması zordur, bu da fiyatının yüksek olmasına neden olur
Sıcaklık alanı kontrolü zordur: Si kristal çubuk büyümesi yalnızca 1500°C'ye ihtiyaç duyarken, SiC kristal çubuğun 2000°C'nin üzerinde yüksek bir sıcaklıkta büyütülmesi gerekir ve 250'den fazla SiC izomeri vardır, ancak ana 4H-SiC tek kristal yapısı Güç cihazlarının üretiminde hassas kontrol olmasa da başka kristal yapılar elde edilecektir.Ek olarak, potadaki sıcaklık gradyanı, SiC süblimasyon transferinin hızını ve kristal ara yüzeyindeki gaz halindeki atomların kristal büyüme hızını ve kristal kalitesini etkileyen düzenini ve büyüme modunu belirler, bu nedenle sistematik bir sıcaklık alanı oluşturmak gerekir. kontrol teknolojisi.Si malzemelerle karşılaştırıldığında SiC üretimindeki fark, yüksek sıcaklıkta iyon implantasyonu, yüksek sıcaklıkta oksidasyon, yüksek sıcaklıkta aktivasyon gibi yüksek sıcaklık proseslerinde ve bu yüksek sıcaklık işlemlerinin gerektirdiği sert maskeleme işleminde de ortaya çıkar.
Yavaş kristal büyümesi: Si kristal çubuğun büyüme hızı 30 ~ 150 mm/saat'e ulaşabilir ve 1-3 m silikon kristal çubuğun üretimi yalnızca yaklaşık 1 gün sürer;Örnek olarak PVT yöntemiyle SiC kristal çubuk, büyüme hızı yaklaşık 0,2-0,4 mm/saattir, 3-6 cm'den daha az büyümek için 7 gün, büyüme oranı silikon malzemenin %1'inden azdır, üretim kapasitesi son derece yüksektir sınırlı.
Yüksek ürün parametreleri ve düşük verim: SiC substratının temel parametreleri arasında mikrotübül yoğunluğu, dislokasyon yoğunluğu, direnç, çarpıklık, yüzey pürüzlülüğü vb. yer alır. Kapalı bir yüksek sıcaklık odasında atomları düzenlemek ve kristal büyümesini tamamlamak karmaşık bir sistem mühendisliğidir. parametre indekslerini kontrol ederken.
Malzeme yüksek sertliğe, yüksek kırılganlığa, uzun kesme süresine ve yüksek aşınmaya sahiptir: 9,25'lik SiC Mohs sertliği elmastan sonra ikinci sırada yer alır, bu da kesme, taşlama ve cilalama zorluğunda önemli bir artışa yol açar ve yaklaşık 120 saat sürer. 3 cm kalınlığında bir külçeden 35-40 parça kesin.Ayrıca SiC'nin yüksek kırılganlığı nedeniyle levha işlemede aşınma daha fazla olacaktır ve çıktı oranı yalnızca %60 civarında olacaktır.
Geliştirme trendi: Boyut artışı + fiyat düşüşü
Küresel SiC pazarı 6 inç hacimli üretim hattı olgunlaşıyor ve önde gelen şirketler 8 inç pazarına girdi.Yurtiçi kalkınma projeleri esas olarak 6 inçtir.Şu anda çoğu yerli şirket hala 4 inçlik üretim hatlarına dayansa da, endüstri yavaş yavaş 6 inçlik destekleyici ekipman teknolojisinin olgunluğuyla birlikte 6 inçlik üretim hatlarına genişliyor, yerli SiC alt tabaka teknolojisi de yavaş yavaş ekonomileri iyileştiriyor. büyük ölçekli üretim hatlarının ölçeği yansıtılacak ve mevcut yerli 6 inçlik seri üretim zaman aralığı 7 yıla daraldı.Daha büyük levha boyutu, tekli talaşların sayısında bir artışa neden olabilir, verim oranını artırabilir ve kenar talaşlarının oranını azaltabilir ve araştırma ve geliştirme maliyeti ile verim kaybı yaklaşık %7'de tutulacak ve böylece levhanın iyileştirilmesi sağlanacaktır. kullanım.
Cihaz tasarımında hala birçok zorluk var
SiC diyotun ticarileştirilmesi giderek geliştirilmektedir, şu anda bir dizi yerli üretici SiC SBD ürünleri tasarlamıştır, orta ve yüksek voltajlı SiC SBD ürünleri iyi bir stabiliteye sahiptir, araç OBC'sinde, kararlılığa ulaşmak için SiC SBD + SI IGBT kullanımı akım yoğunluğu.Şu anda Çin'de SiC SBD ürünlerinin patent tasarımında herhangi bir engel bulunmuyor ve yabancı ülkelerle aradaki fark küçük.
SiC MOS'un hâlâ pek çok zorluğu var, SiC MOS ile yurt dışındaki üreticiler arasında hâlâ bir boşluk var ve ilgili üretim platformu hâlâ yapım aşamasında.Şu anda ST, Infineon, Rohm ve diğer 600-1700V SiC MOS seri üretime geçmiş ve birçok imalat endüstrisi ile imzalanıp sevk edilmiş olup, mevcut yerli SiC MOS tasarımı temel olarak tamamlanmış olup, bazı tasarım üreticileri fabrikalarla çalışmaktadır. Gofret akış aşaması ve daha sonra müşteri doğrulamasının hala biraz zamana ihtiyacı var, bu nedenle büyük ölçekli ticarileştirmeye hala uzun bir zaman var.
Şu anda düzlemsel yapı ana tercihtir ve hendek tipi gelecekte yüksek basınç alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.Düzlemsel yapı SiC MOS üreticileri çoktur, düzlemsel yapı oyukla karşılaştırıldığında yerel arıza sorunları üretmek kolay değildir, işin stabilitesini etkiler, piyasada 1200V'un altındaki uygulama değeri geniş bir yelpazeye sahiptir ve düzlemsel yapı nispeten üretilebilirlik ve maliyet kontrolünün iki yönünü karşılamak için üretim açısından basit.Oluk cihazı, son derece düşük parazitik endüktans, hızlı anahtarlama hızı, düşük kayıp ve nispeten yüksek performans avantajlarına sahiptir.
2--SiC gofret haberleri
Silisyum karbür pazarında üretim ve satış büyümesi, arz ve talep arasındaki yapısal dengesizliğe dikkat edilmesi
Yüksek frekanslı ve yüksek güçlü güç elektroniğine yönelik pazar talebinin hızlı bir şekilde artmasıyla birlikte, silikon bazlı yarı iletken cihazların fiziksel limit darboğazı giderek belirgin hale geldi ve silisyum karbür (SiC) tarafından temsil edilen üçüncü nesil yarı iletken malzemeler yavaş yavaş ortaya çıktı. sanayileşmek.Malzeme performansı açısından silisyum karbür, silikon malzemenin 3 katı bant aralığı genişliğine, 10 kat kritik arıza elektrik alanı kuvvetine, 3 kat termal iletkenliğe sahiptir, bu nedenle silisyum karbür güç cihazları yüksek frekans, yüksek basınç için uygundur. yüksek sıcaklık ve diğer uygulamalar, güç elektroniği sistemlerinin verimliliğini ve güç yoğunluğunu artırmaya yardımcı olur.
Şu anda, SiC diyotlar ve SiC MOSFET'ler yavaş yavaş pazara taşınmıştır ve daha olgun ürünler bulunmaktadır; bunların arasında, ters geri kazanım şarjı avantajına sahip olmadıkları için bazı alanlarda silikon bazlı diyotlar yerine SiC diyotlar yaygın olarak kullanılmaktadır;SiC MOSFET ayrıca otomotiv, enerji depolama, şarj pili, fotovoltaik ve diğer alanlarda da giderek kullanılmaktadır;Otomotiv uygulamaları alanında, modülerleştirme eğilimi giderek daha belirgin hale geliyor; SiC'nin üstün performansının, teknik olarak nispeten olgun kabuk sızdırmazlığı ile ana akım, gelecek veya plastik sızdırmazlık geliştirmesine ulaşmak için gelişmiş paketleme işlemlerine dayanması gerekiyor. , özelleştirilmiş geliştirme özellikleri SiC modülleri için daha uygundur.
Silisyum karbür fiyatındaki düşüş hızı veya hayal gücünün ötesinde
Silisyum karbür cihazlarının uygulaması esas olarak yüksek maliyetle sınırlıdır; aynı seviyedeki SiC MOSFET'in fiyatı, Si bazlı IGBT'den 4 kat daha yüksektir; bunun nedeni, silisyum karbür işleminin karmaşık olmasıdır; Tek kristal ve epitaksiyel sadece çevreye zarar vermekle kalmaz, aynı zamanda büyüme hızı da yavaştır ve tek kristalin alt tabakaya işlenmesi kesme ve cilalama işleminden geçmelidir.Kendi malzeme özelliklerine ve olgunlaşmamış işleme teknolojisine bağlı olarak, yerli substratın verimi %50'den azdır ve çeşitli faktörler, yüksek substrat ve epitaksiyel fiyatlara yol açmaktadır.
Bununla birlikte, silikon karbür cihazların ve silikon bazlı cihazların maliyet bileşimi taban tabana zıttır; ön kanalın alt tabaka ve epitaksiyel maliyetleri, tüm cihazın sırasıyla %47 ve %23'ünü oluşturur; toplamda yaklaşık %70, cihaz tasarımı, imalat arka kanalın ve sızdırmazlık bağlantıları yalnızca %30'u oluşturur, silikon bazlı cihazların üretim maliyeti esas olarak arka kanalın levha imalatında yaklaşık %50 yoğunlaşır ve alt tabaka maliyeti yalnızca %7'yi oluşturur.Silisyum karbür sanayi zincirinin değerinin baş aşağı olması olgusu, yukarı yönlü substrat epitaksi üreticilerinin, yerli ve yabancı işletmelerin düzeninin anahtarı olan temel söz hakkına sahip olduğu anlamına gelir.
Pazarın dinamik bakış açısından bakıldığında, silisyum karbürün maliyetinin azaltılması, silisyum karbür uzun kristalinin ve dilimleme işleminin iyileştirilmesine ek olarak, geçmişte yarı iletken gelişiminin olgun yolu olan levha boyutunun genişletilmesidir. Wolfspeed verileri, silikon karbür alt tabakanın 6 inçten 8 inçe yükseltilmesiyle nitelikli çip üretiminin %80 ila %90 oranında artabileceğini ve verimi artırmaya yardımcı olabileceğini gösteriyor.Birleşik birim maliyeti %50 oranında azaltabilir.
2023, "8 inç SiC ilk yılı" olarak biliniyor, bu yıl yerli ve yabancı silisyum karbür üreticileri, silisyum karbür üretiminin genişletilmesi için 14,55 milyar ABD doları tutarında Wolfspeed çılgın yatırımı gibi 8 inç silisyum karbür yerleşimini hızlandırıyor, Bunun önemli bir kısmı 8 inçlik SiC alt tabaka üretim tesisinin inşaatıdır. Bir dizi şirkete gelecekte 200 mm SiC çıplak metal tedarikini sağlamak için;Yerli Tianyue Advanced ve Tianke Heda da gelecekte 8 inçlik silisyum karbür alt tabakalar tedarik etmek için Infineon ile uzun vadeli anlaşmalar imzaladı.
Bu yıldan başlayarak silisyum karbür 6 inçten 8 inçe çıkacak; Wolfspeed, 2022'deki 6 inç alt tabakanın birim çip maliyetiyle karşılaştırıldığında 8 inç alt tabakanın birim çip maliyetinin 2024 yılına kadar %60'tan fazla azalmasını bekliyor. Ji Bond Consulting araştırma verileri, maliyet düşüşünün uygulama pazarını daha da açacağına dikkat çekti.8 inçlik ürünlerin mevcut pazar payı %2'den azdır ve pazar payının 2026 yılına kadar yaklaşık %15'e çıkması beklenmektedir.
Aslında, silisyum karbür substrat fiyatındaki düşüş oranı birçok insanın hayal gücünü aşabilir; 6 inçlik substratın mevcut piyasa teklifi 4000-5000 yuan/adet olup, yılın başına kıyasla çok düştü. Gelecek yıl 4000 yuan'ın altına düşmesi bekleniyor, bazı üreticilerin ilk pazarı elde etmek için satış fiyatını aşağıdaki maliyet çizgisine düşürdüğünü belirtmekte fayda var. Esas olarak silisyum karbür substratına yoğunlaşan fiyat savaşı modelini açtılar. Alçak gerilim alanında arz nispeten yeterli olduğundan, yerli ve yabancı üreticiler agresif bir şekilde üretim kapasitesini genişletiyor veya silisyum karbür alt tabakanın aşırı tedarik aşamasına hayal edilenden daha erken gelmesine izin veriyor.
Gönderim zamanı: Ocak-19-2024