Pambuka kanggo silikon karbida
Silicon carbide (SiC) minangka bahan semikonduktor senyawa sing kasusun saka karbon lan silikon, sing minangka salah sawijining bahan sing cocog kanggo nggawe piranti suhu dhuwur, frekuensi dhuwur, daya dhuwur lan voltase dhuwur. Dibandhingake karo bahan silikon tradisional (Si), celah pita silikon karbida 3 kaping silikon. Konduktivitas termal 4-5 kaping silikon; Tegangan rusak yaiku 8-10 kaping silikon; Tingkat drift jenuh elektronik yaiku 2-3 kaping silikon, sing nyukupi kabutuhan industri modern kanggo daya dhuwur, tegangan dhuwur lan frekuensi dhuwur. Utamane digunakake kanggo produksi komponen elektronik kanthi kacepetan dhuwur, frekuensi dhuwur, daya dhuwur lan cahya. Bidang aplikasi hilir kalebu kothak cerdas, kendaraan energi anyar, tenaga angin fotovoltaik, komunikasi 5G, lsp. Dioda karbida silikon lan MOSFET wis ditrapake sacara komersial.
Resistance suhu dhuwur. Jembaré band longkangan silikon karbida punika 2-3 kaping silikon, elektron ora gampang kanggo transisi ing suhu dhuwur, lan bisa tahan suhu operasi sing luwih dhuwur, lan konduktivitas termal saka silikon karbida punika 4-5 kaping silikon, nggawe boros panas piranti luwih gampang lan suhu operasi watesan luwih. Resistance suhu dhuwur bisa nambah Kapadhetan daya kanthi signifikan nalika nyuda syarat ing sistem pendinginan, nggawe terminal luwih entheng lan luwih cilik.
Tahan tekanan dhuwur. Kekuwatan medan listrik saka silikon karbida 10 kaping luwih saka silikon, sing bisa tahan voltase sing luwih dhuwur lan luwih cocok kanggo piranti voltase dhuwur.
Resistance frekuensi dhuwur. Silicon carbide wis kebak elektron tingkat drift kaping pindho saka silikon, asil ing anané tailing saiki sak proses mati, kang bisa èfèktif nambah frekuensi ngoper piranti lan éling miniaturization saka piranti.
Kurang energi mundhut. Dibandhingake karo bahan silikon, silikon karbida nduweni resistensi sing sithik lan kurang mundhut. Ing wektu sing padha, jembaré band-longkangan dhuwur saka silikon carbide nemen nyuda saiki bocor lan mundhut daya. Kajaba iku, piranti silikon karbida ora duwe fenomena trailing saiki nalika proses mati, lan mundhut ngoper kurang.
rantai industri silikon karbida
Utamane kalebu substrat, epitaxy, desain piranti, manufaktur, sealing lan liya-liyane. Silicon carbide saka materi menyang piranti daya semikonduktor bakal nemu wutah kristal siji, ingot slicing, wutah epitaxial, desain wafer, Manufaktur, packaging lan pangolahan liyane. Sawise sintesis bubuk silikon karbida, ingot silikon karbida digawe dhisik, banjur substrat karbida silikon dipikolehi kanthi ngiris, nggiling lan polishing, lan lembaran epitaxial dipikolehi kanthi wutah epitaxial. Wafer epitaxial digawe saka karbida silikon liwat litografi, etsa, implantasi ion, passivation logam lan proses liyane, wafer dipotong dadi mati, piranti kasebut dikemas, lan piranti kasebut digabung dadi cangkang khusus lan dirakit dadi modul.
Hulu rantai industri 1: substrat - wutah kristal minangka link proses inti
Substrat silikon karbida kira-kira 47% saka biaya piranti karbida silikon, alangan teknis manufaktur paling dhuwur, nilai paling gedhe, minangka inti industrialisasi skala gedhe SiC ing mangsa ngarep.
Saka perspektif beda properti elektrokimia, bahan substrat silikon karbida bisa dipérang dadi substrat konduktif (wilayah resistivitas 15 ~ 30mΩ · cm) lan substrat semi-terisolasi (resistivitas luwih saka 105Ω · cm). Rong jinis substrat iki digunakake kanggo nggawe piranti diskret kayata piranti daya lan piranti frekuensi radio sawise wutah epitaxial. Antarane wong-wong mau, substrat silikon karbida semi-terisolasi utamane digunakake ing pabrik piranti RF gallium nitride, piranti fotoelektrik lan liya-liyane. Kanthi nambah lapisan epitaxial gan ing landasan SIC semi-terisolasi, piring epitaxial sic disiapake, sing bisa disiapake maneh menyang piranti RF iso-nitride HEMT gan. Substrat silikon karbida konduktif utamane digunakake kanggo nggawe piranti listrik. Beda saka proses manufaktur piranti daya silikon tradisional, piranti daya silikon karbida ora bisa langsung digawe ing substrat silikon karbida, lapisan epitaxial silikon karbida kudu ditanam ing landasan konduktif kanggo entuk sheet epitaxial silikon karbida, lan lapisan epitaxial diprodhuksi ing piranti daya Schottky, IGBT lan MOSFET liyane.
Wêdakakêna silikon karbida disintesis saka wêdakakêna karbon kemurnian dhuwur lan wêdakakêna silikon kemurnian dhuwur, lan ukuran ingot silikon karbida sing beda-beda ditanam ing lapangan suhu khusus, banjur substrat karbida silikon diprodhuksi liwat pirang-pirang proses pangolahan. Proses inti kalebu:
Sintesis bahan mentah: wêdakakêna silikon + toner kanthi kemurnian dhuwur dicampur miturut rumus, lan reaksi ditindakake ing kamar reaksi ing kondisi suhu dhuwur ing ndhuwur 2000 ° C kanggo nyintesis partikel karbida silikon kanthi jinis kristal lan ukuran partikel tartamtu. Banjur liwat crushing, screening, reresik lan pangolahan liyane, kanggo nyukupi syarat bahan mentahan bubuk silikon karbida kemurnian dhuwur.
Wutah kristal minangka proses inti manufaktur substrat silikon karbida, sing nemtokake sifat listrik substrat karbida silikon. Saiki, cara utama kanggo tuwuh kristal yaiku transfer uap fisik (PVT), deposisi uap kimia suhu dhuwur (HT-CVD) lan epitaksi fase cair (LPE). Ing antarane, metode PVT minangka cara utama kanggo pertumbuhan komersial substrat SiC saiki, kanthi kedewasaan teknis sing paling dhuwur lan paling akeh digunakake ing teknik.
Nyiyapake substrat SiC angel, nyebabake regane dhuwur
Kontrol lapangan suhu angel: wutah rod kristal Si mung butuh 1500 ℃, nalika rod kristal SiC kudu ditanam ing suhu dhuwur ing ndhuwur 2000 ℃, lan ana luwih saka 250 isomer SiC, nanging struktur kristal tunggal 4H-SiC utama kanggo produksi piranti daya, yen ora kontrol sing tepat, bakal entuk struktur kristal liyane. Kajaba iku, gradien suhu ing crucible nemtokake tingkat transfer sublimasi SiC lan pengaturan lan mode wutah saka atom gas ing antarmuka kristal, kang mengaruhi tingkat wutah kristal lan kualitas kristal, supaya iku perlu kanggo mbentuk teknologi kontrol lapangan suhu sistematis. Dibandhingake karo bahan Si, prabédan ing produksi SiC uga ing proses suhu dhuwur kayata implantasi ion suhu dhuwur, oksidasi suhu dhuwur, aktivasi suhu dhuwur, lan proses topeng hard sing dibutuhake dening proses suhu dhuwur kasebut.
wutah kristal alon: tingkat wutah saka Si kristal rod bisa tekan 30 ~ 150mm / h, lan produksi 1-3m silikon rod kristal mung njupuk bab 1 dina; SiC rod kristal karo cara PVT minangka conto, tingkat wutah kira 0.2-0.4mm / h, 7 dina kanggo tuwuh kurang saka 3-6cm, tingkat wutah kurang saka 1% saka materi Silicon, kapasitas produksi arang banget winates.
Paramèter produk dhuwur lan kurang ngasilake: paramèter inti saka substrat SiC kalebu Kapadhetan microtubule, Kapadhetan dislokasi, resistivity, warpage, roughness lumahing, etc.. Iku rekayasa sistem Komplek kanggo ngatur atom ing kamar suhu dhuwur ditutup lan wutah kristal lengkap, nalika ngontrol indeks parameter.
Materi kasebut nduweni kekerasan dhuwur, brittleness dhuwur, wektu nglereni dawa lan nyandhang dhuwur: Kekerasan SiC Mohs 9,25 mung nomer loro tinimbang berlian, sing ndadékaké paningkatan sing signifikan ing kangelan nglereni, mecah lan polishing, lan iku njupuk kira-kira 120 jam kanggo Cut 35-40 bêsik ingot 3cm nglukis. Kajaba iku, amarga brittleness dhuwur saka SiC, nyandhang wafer Processing bakal luwih, lan rasio output mung bab 60%.
Tren pangembangan: Tambah ukuran + nyuda rega
Pasar SiC global 6-inch volume produksi line wis maturing, lan perusahaan anjog wis mlebu pasar 8-inch. Proyek pangembangan domestik utamane 6 inci. Saiki, sanajan paling perusahaan domestik isih adhedhasar garis produksi 4-inch, nanging industri mboko sithik ngembangaken kanggo 6-inch, karo kadewasan saka 6-inch teknologi peralatan ndhukung, teknologi landasan SiC domestik uga mboko sithik Ngapikake ekonomi saka ukuran gedhe-ukuran garis produksi bakal dibayangke, lan saiki domestik 6-inch longkangan wektu produksi massal wis sempit 7 taun. Ukuran wafer sing luwih gedhe bisa nambah jumlah chip siji, nambah tingkat pametumu, lan nyuda proporsi chip pinggiran, lan biaya riset lan pangembangan lan mundhut asil bakal dijaga ing babagan 7%, saéngga nambah panggunaan wafer.
Ana isih akeh kangelan ing desain piranti
Komersialisasi dioda SiC mboko sithik, saiki, sawetara manufaktur domestik wis ngrancang produk SiC SBD, produk SiC SBD voltase medium lan dhuwur duwe stabilitas sing apik, ing OBC kendaraan, panggunaan SiC SBD + SI IGBT kanggo entuk Kapadhetan saiki sing stabil. Saiki, ora ana alangan ing desain paten produk SiC SBD ing China, lan celah karo negara manca cilik.
SiC MOS isih akeh kangelan, isih ana longkangan antarane SiC MOS lan manufaktur jaban rangkah, lan platform Manufaktur cocog isih ing construction. Saiki, ST, Infineon, Rohm lan 600-1700V SiC MOS liyane wis entuk produksi massal lan mlebu lan dikirim karo akeh industri manufaktur, nalika desain SiC MOS domestik saiki wis rampung rampung, sawetara manufaktur desain nggarap fabs ing tahap aliran wafer, lan verifikasi customer mengko isih perlu sawetara wektu, supaya isih ana komersialisasi skala gedhe.
Saiki, struktur planar minangka pilihan utama, lan jinis trench akeh digunakake ing lapangan tekanan dhuwur ing mangsa ngarep. Produsen planar struktur SiC MOS akeh, struktur planar ora gampang kanggo gawé masalah risak lokal dibandhingake karo alur, mengaruhi stabilitas karya, ing pasar ngisor 1200V wis sawetara saka sudhut Nilai aplikasi, lan struktur planar punika relatif prasaja ing mburi Manufaktur, kanggo ketemu manufaktur lan biaya kontrol loro aspèk. Piranti alur nduweni kaluwihan induktansi parasit sing sithik banget, kacepetan ngoper cepet, mundhut kurang lan kinerja sing relatif dhuwur.
2--Wafer warta SiC
Produksi pasar silikon karbida lan wutah dodolan, menehi perhatian marang ketidakseimbangan struktural antarane pasokan lan permintaan
Kanthi tuwuhing cepet saka panjaluk pasar kanggo elektronik frekuensi dhuwur lan daya dhuwur, bottleneck watesan fisik piranti semikonduktor basis silikon wis mboko sithik dadi penting, lan bahan semikonduktor generasi katelu sing diwakili dening silikon karbida (SiC) mboko sithik dadi industri. Saka sudut pandang kinerja materi, silikon karbida duweni 3 kali lebar celah pita saka bahan silikon, 10 kali kekuatan medan listrik rusak kritis, 3 kali konduktivitas termal, saengga piranti listrik karbida silikon cocok kanggo frekuensi dhuwur, tekanan dhuwur, suhu dhuwur lan aplikasi liyane, mbantu ningkatake efisiensi lan Kapadhetan daya sistem elektronik daya.
Saiki, dioda SiC lan MOSFET SiC wis mboko sithik dipindhah menyang pasar, lan ana produk sing luwih diwasa, ing antarane dioda SiC sing akeh digunakake tinimbang dioda basis silikon ing sawetara lapangan amarga ora duwe kauntungan saka daya pemulihan mbalikke; SiC MOSFET uga mboko sithik digunakake ing otomotif, panyimpenan energi, tumpukan ngisi daya, fotovoltaik lan lapangan liyane; Ing lapangan aplikasi otomotif, gaya modularization dadi liyane lan liyane penting, kinerja unggul saka SiC kudu gumantung ing pangolahan packaging majeng kanggo entuk, teknis karo sealing Nihan relatif diwasa minangka ide, mangsa utawa kanggo pangembangan sealing plastik, karakteristik pembangunan selaras luwih cocok kanggo modul SiC.
Kacepetan nyuda rega silikon karbida utawa ngluwihi bayangan
Aplikasi piranti silikon karbida utamane diwatesi kanthi biaya sing dhuwur, rega SiC MOSFET ing tingkat sing padha yaiku 4 kaping luwih dhuwur tinimbang IGBT adhedhasar Si, amarga proses silikon karbida kompleks, ing endi tuwuh kristal tunggal lan epitaxial ora mung atos ing lingkungan, nanging uga tingkat pertumbuhane alon, lan proses kristal siji kudu ngliwati proses pemotongan lan polishing. Adhedhasar karakteristik materi dhewe lan teknologi pangolahan sing durung diwasa, panenan substrat domestik kurang saka 50%, lan macem-macem faktor nyebabake rega substrat lan epitaxial sing dhuwur.
Nanging, komposisi biaya piranti silikon karbida lan piranti basis silikon diametrically ngelawan, biaya substrat lan epitaxial saluran ngarep akun kanggo 47% lan 23% saka kabeh piranti mungguh, gunggungipun bab 70%, desain piranti, manufaktur lan sealing pranala saka akun saluran mburi mung 30%, biaya produksi ing produksi piranti basis wadhah silikon-konsentrasi. 50%, lan biaya substrat mung 7%. Fenomena regane rantai industri silikon karbida terbalik tegese produsen epitaksi substrat hulu duwe hak inti kanggo ngomong, sing dadi kunci tata letak perusahaan domestik lan manca.
Saka sudut pandang dinamis ing pasar, ngurangi biaya silikon karbida, saliyane kanggo nambah silikon karbida kristal dawa lan proses slicing, iku kanggo nggedhekake ukuran wafer, kang uga path diwasa pembangunan semikonduktor ing sasi, data Wolfspeed nuduhake yen silikon carbide upgrade landasan saka 6 inci kanggo 8 inci-90% bisa nambah produksi chip 90% qualified. ngasilaken. Bisa nyuda biaya unit gabungan nganti 50%.
2023 dikenal minangka "8-inch SiC taun pisanan", ing taun iki, manufaktur silikon karbida domestik lan manca nyepetake tata letak 8-inch silikon karbida, kayata Wolfspeed investasi edan 14,55 milyar dolar AS kanggo expansion produksi silikon karbida, lan bagéyan penting kang construction saka 8-inch SiC SiC0 pabrikan pabrik produksi mm mangsa ngarep; Tianyue Advanced lan Tianke Heda domestik uga wis nandhatangani perjanjian jangka panjang karo Infineon kanggo nyedhiyakake substrat karbida silikon 8 inci ing mangsa ngarep.
Wiwit taun iki, silikon karbida bakal akselerasi saka 6 inci kanggo 8 inci, Wolfspeed ngarepake sing dening 2024, biaya unit chip 8 inci landasan dibandhingake biaya unit chip 6 landasan inci ing 2022 bakal suda dening luwih saka 60%, lan Kurangé populasi biaya bakal luwih mbukak pasar aplikasi data riset, Ji Bond metu Consulting. Pangsa pasar saiki produk 8-inci kurang saka 2%, lan pangsa pasar samesthine bakal tuwuh nganti 15% ing taun 2026.
Nyatane, tingkat penurunan rega substrat silikon karbida bisa ngluwihi imajinasi akeh wong, tawaran pasar saiki saka landasan 6-inch yaiku 4000-5000 yuan / Piece, dibandhingake karo awal taun wis tiba akeh, wis samesthine kanggo tiba ing ngisor 4000 yuan taun sabanjuré, iku worth kang lagi nyimak sing sawetara manufaktur pisanan supaya rega regane mbukak baris kanggo ngurangi rega. saka perang rega, utamané klempakan ing sumber silikon carbide landasan wis relatif cukup ing lapangan kurang voltase, manufaktur domestik lan manca sing agresif ngembangaken kapasitas produksi, utawa supaya silikon carbide substrat oversupply tataran sadurungé saka mbayangno.
Wektu kirim: Jan-19-2024