Utangulizi wa silicon carbudi
Silicon CARBIDE (SiC) ni nyenzo ya semiconductor ya kiwanja inayoundwa na kaboni na silicon, ambayo ni mojawapo ya nyenzo bora za kutengenezea joto la juu, masafa ya juu, nguvu ya juu na vifaa vya juu vya voltage. Ikilinganishwa na nyenzo za kitamaduni za silicon (Si), pengo la bendi ya kaboni ya silicon ni mara 3 ya silicon. Conductivity ya mafuta ni mara 4-5 ya silicon; Voltage ya kuvunjika ni mara 8-10 ya silicon; Kiwango cha kueneza kwa umeme ni mara 2-3 ya silicon, ambayo inakidhi mahitaji ya sekta ya kisasa kwa nguvu ya juu, voltage ya juu na mzunguko wa juu. Inatumika hasa kwa ajili ya uzalishaji wa vipengele vya elektroniki vya kasi, high-frequency, high-nguvu na mwanga. Sehemu za utumaji maombi kwenye mkondo wa chini ni pamoja na gridi mahiri, magari mapya ya nishati, nishati ya upepo ya photovoltaic, mawasiliano ya 5G, n.k. Diodi za silicon carbide na MOSFET zimetumika kibiashara.
Upinzani wa joto la juu. Upana wa pengo la bendi ya CARBIDE ya silicon ni mara 2-3 ya silicon, elektroni si rahisi kubadilika kwa joto la juu, na inaweza kuhimili joto la juu la uendeshaji, na conductivity ya mafuta ya CARBIDE ya silicon ni mara 4-5 ya silicon, na kufanya kifaa cha kusambaza joto kuwa rahisi na kikomo cha uendeshaji wa joto la juu. Upinzani wa joto la juu unaweza kuongeza kwa kiasi kikubwa msongamano wa nguvu huku ukipunguza mahitaji kwenye mfumo wa kupoeza, na kufanya terminal kuwa nyepesi na ndogo.
Kuhimili shinikizo la juu. Nguvu ya uwanja wa umeme iliyoharibika ya silicon carbudi ni mara 10 ya silicon, ambayo inaweza kuhimili voltages ya juu na inafaa zaidi kwa vifaa vya juu-voltage.
Upinzani wa juu wa mzunguko. Silicon CARBIDE ina kiwango cha kupeperushwa kwa elektroni mara mbili ya ile ya silicon, na kusababisha kutokuwepo kwa mkia wa sasa wakati wa mchakato wa kuzima, ambayo inaweza kuboresha kwa ufanisi mzunguko wa kubadili kifaa na kutambua miniaturization ya kifaa.
Upotezaji mdogo wa nishati. Ikilinganishwa na nyenzo za silicon, carbudi ya silicon ina upinzani mdogo sana na hasara ya chini. Wakati huo huo, upana wa juu wa bendi-pengo la carbudi ya silicon hupunguza sana uvujaji wa sasa na kupoteza nguvu. Kwa kuongeza, kifaa cha carbudi ya silicon haina uzushi wa sasa wa kufuatilia wakati wa mchakato wa kuzima, na hasara ya kubadili ni ya chini.
Mlolongo wa tasnia ya silicon carbide
Inajumuisha hasa substrate, epitaxy, muundo wa kifaa, utengenezaji, muhuri na kadhalika. Kabidi ya silicon kutoka nyenzo hadi kifaa cha nguvu cha semiconductor itapata ukuaji wa fuwele moja, kukatwa kwa ingot, ukuaji wa epitaxial, muundo wa kaki, utengenezaji, ufungashaji na michakato mingine. Baada ya awali ya poda ya carbudi ya silicon, ingot ya carbide ya silicon inafanywa kwanza, na kisha substrate ya carbudi ya silicon inapatikana kwa kukata, kusaga na polishing, na karatasi ya epitaxial hupatikana kwa ukuaji wa epitaxial. Kaki ya epitaxial imetengenezwa na carbudi ya silicon kwa njia ya lithography, etching, implantation ya ion, passivation ya chuma na michakato mingine, kaki hukatwa kwenye kufa, kifaa kinafungwa, na kifaa kinaunganishwa kwenye shell maalum na kukusanywa kwenye moduli.
Mlolongo wa 1 wa sekta ya juu: substrate - ukuaji wa kioo ni kiungo cha mchakato wa msingi
Silicon CARBIDE substrate akaunti kwa karibu 47% ya gharama ya vifaa silicon CARBIDE, juu ya viwanda vikwazo vya kiufundi, thamani kubwa, ni msingi wa maendeleo ya baadaye kwa kiasi kikubwa viwanda ya SiC.
Kutoka kwa mtazamo wa tofauti za mali ya electrochemical, nyenzo za substrate ya silicon carbide inaweza kugawanywa katika substrates conductive (eneo la upinzani 15 ~ 30mΩ·cm) na substrates nusu-maboksi (upinzani wa juu kuliko 105Ω · cm). Aina hizi mbili za substrates hutumiwa kutengeneza vifaa tofauti kama vile vifaa vya nguvu na vifaa vya masafa ya redio mtawalia baada ya ukuaji wa epitaxial. Miongoni mwao, substrate ya carbudi ya silicon ya nusu-maboksi hutumiwa hasa katika utengenezaji wa vifaa vya gallium nitride RF, vifaa vya photoelectric na kadhalika. Kwa kukuza safu ya gan epitaxial kwenye sehemu ndogo ya SIC iliyowekewa maboksi nusu, sahani ya sic epitaxial inatayarishwa, ambayo inaweza kutayarishwa zaidi katika vifaa vya HEMT gan iso-nitride RF. Substrate ya kaboni ya silicon ya conductive hutumiwa hasa katika utengenezaji wa vifaa vya nguvu. Tofauti na mchakato wa kitamaduni wa utengenezaji wa kifaa cha nguvu cha silicon, kifaa cha nguvu cha silicon carbide hakiwezi kutengenezwa moja kwa moja kwenye substrate ya silicon CARBIDE, safu ya silicon carbudi epitaxial inahitaji kukuzwa kwenye substrate ya conductive ili kupata karatasi ya epitaxial ya carbudi ya silicon, na safu ya epitaxial inatengenezwa kwenye diode ya Schottky, IGBT na vifaa vingine vya nguvu vya MOS.
Poda ya kaboni ya silicon iliundwa kutoka kwa unga wa kaboni ya juu na unga wa silicon ya usafi wa juu, na ukubwa tofauti wa ingot ya silicon carbudi ilikuzwa chini ya uwanja maalum wa joto, na kisha substrate ya silicon ya carbudi ilitolewa kupitia michakato mingi ya usindikaji. Mchakato wa msingi ni pamoja na:
Usanisi wa malighafi: Poda ya silicon ya usafi wa juu + tona huchanganywa kulingana na fomula, na mmenyuko hufanyika katika chumba cha mmenyuko chini ya hali ya joto ya juu zaidi ya 2000 ° C ili kuunganisha chembe za silicon carbudi na aina maalum ya fuwele na ukubwa wa chembe. Kisha kwa njia ya kusagwa, uchunguzi, kusafisha na taratibu nyingine, ili kukidhi mahitaji ya juu ya usafi silicon CARBIDE unga malighafi.
Ukuaji wa kioo ni mchakato wa msingi wa utengenezaji wa substrate ya silicon, ambayo huamua mali ya umeme ya substrate ya silicon carbudi. Kwa sasa, mbinu kuu za ukuaji wa kioo ni uhamisho wa mvuke wa kimwili (PVT), uwekaji wa mvuke wa kemikali ya joto la juu (HT-CVD) na epitaxy ya awamu ya kioevu (LPE). Miongoni mwao, mbinu ya PVT ndiyo njia kuu ya ukuaji wa kibiashara wa sehemu ndogo ya SiC kwa sasa, yenye ukomavu wa juu zaidi wa kiufundi na inayotumika sana katika uhandisi.
Maandalizi ya substrate ya SiC ni ngumu, na kusababisha bei yake ya juu
Udhibiti wa uga wa halijoto ni mgumu: Ukuaji wa fimbo ya kioo huhitaji 1500℃ pekee, wakati fimbo ya kioo ya SiC inahitaji kukuzwa kwa joto la juu zaidi ya 2000℃, na kuna zaidi ya isoma za SiC 250, lakini muundo mkuu wa 4H-SiC wa fuwele moja kwa ajili ya uzalishaji wa vifaa vya nguvu, ikiwa sivyo udhibiti sahihi, utapata muundo mwingine wa kioo. Kwa kuongeza, gradient ya joto katika crucible huamua kiwango cha uhamisho wa usablimishaji wa SiC na mpangilio na hali ya ukuaji wa atomi za gesi kwenye kiolesura cha kioo, ambacho huathiri kiwango cha ukuaji wa kioo na ubora wa kioo, kwa hiyo ni muhimu kuunda teknolojia ya udhibiti wa uwanja wa joto. Ikilinganishwa na nyenzo za Si, tofauti katika uzalishaji wa SiC pia iko katika michakato ya halijoto ya juu kama vile uwekaji wa ioni za halijoto ya juu, uoksidishaji wa halijoto ya juu, kuwezesha halijoto ya juu, na mchakato wa barakoa ngumu unaohitajika na michakato hii ya joto la juu.
Ukuaji wa polepole wa fuwele: kasi ya ukuaji wa fimbo ya Si crystal inaweza kufikia 30 ~ 150mm/h, na utengenezaji wa fimbo ya silicon ya 1-3m huchukua siku 1 tu; SiC kioo fimbo na PVT kama mfano, kiwango cha ukuaji ni kuhusu 0.2-0.4mm/h, siku 7 kukua chini ya 3-6cm, kiwango cha ukuaji ni chini ya 1% ya nyenzo silicon, uwezo wa uzalishaji ni mdogo mno.
Vigezo vya juu vya bidhaa na mavuno ya chini: vigezo vya msingi vya substrate ya SiC ni pamoja na wiani wa microtubule, wiani wa dislocation, resistivity, warpage, ukali wa uso, nk. Ni mfumo mgumu wa uhandisi kupanga atomi katika chumba kilichofungwa cha joto la juu na ukuaji kamili wa kioo, wakati wa kudhibiti indexes za parameter.
Nyenzo hiyo ina ugumu wa juu, brittleness ya juu, muda mrefu wa kukata na kuvaa juu: Ugumu wa SiC Mohs wa 9.25 ni wa pili kwa almasi, ambayo inaongoza kwa ongezeko kubwa la ugumu wa kukata, kusaga na polishing, na inachukua takriban masaa 120 kukata vipande 35-40 vya ingot nene 3cm. Kwa kuongeza, kutokana na brittleness ya juu ya SiC, kuvaa usindikaji wa kaki itakuwa zaidi, na uwiano wa pato ni karibu 60%.
Mwenendo wa maendeleo: Kuongezeka kwa ukubwa + kupungua kwa bei
Soko la kimataifa la SiC laini ya uzalishaji wa inchi 6 inapevuka, na kampuni zinazoongoza zimeingia kwenye soko la inchi 8. Miradi ya maendeleo ya ndani ni inchi 6. Kwa sasa, ingawa kampuni nyingi za ndani bado zinategemea mistari ya uzalishaji wa inchi 4, lakini tasnia inapanuka polepole hadi inchi 6, na ukomavu wa teknolojia ya vifaa vya inchi 6, teknolojia ya ndani ya SiC substrate pia inaboresha hatua kwa hatua uchumi wa mistari ya uzalishaji wa ukubwa mkubwa utaonyeshwa, na pengo la sasa la uzalishaji wa inchi 6 la ndani limepungua hadi miaka 7. Ukubwa wa kaki kubwa zaidi unaweza kuleta ongezeko la idadi ya chipsi moja, kuboresha kiwango cha mavuno, na kupunguza uwiano wa chips kingo, na gharama ya utafiti na maendeleo na hasara ya mavuno itadumishwa kwa takriban 7%, na hivyo kuboresha matumizi ya kaki.
Bado kuna shida nyingi katika muundo wa kifaa
Biashara ya diode ya SiC inaboreshwa kwa hatua kwa hatua, kwa sasa, idadi ya wazalishaji wa ndani wametengeneza bidhaa za SiC SBD, bidhaa za SiC SBD za voltage ya kati na ya juu zina utulivu mzuri, katika gari la OBC, matumizi ya SiC SBD + SI IGBT ili kufikia wiani thabiti wa sasa. Kwa sasa, hakuna vikwazo katika muundo wa hati miliki wa bidhaa za SiC SBD nchini China, na pengo na nchi za kigeni ni ndogo.
SiC MOS bado ina matatizo mengi, bado kuna pengo kati ya SiC MOS na wazalishaji wa nje ya nchi, na jukwaa la utengenezaji linalohusika bado linajengwa. Kwa sasa, ST, Infineon, Rohm na nyingine 600-1700V SiC MOS wamepata uzalishaji wa wingi na kutiwa saini na kusafirishwa na viwanda vingi vya utengenezaji, wakati muundo wa sasa wa SiC MOS wa ndani umekamilika kimsingi, watengenezaji kadhaa wa muundo wanafanya kazi na vitambaa kwenye hatua ya mtiririko wa kaki, na baadaye uthibitishaji wa wateja bado unahitaji muda, kwa hivyo bado kuna muda mrefu wa kibiashara.
Kwa sasa, muundo wa mpango ni chaguo kuu, na aina ya mfereji hutumiwa sana katika uwanja wa shinikizo la juu katika siku zijazo. Planar muundo SiC MOS wazalishaji ni wengi, muundo planar si rahisi kuzalisha matatizo ya kuvunjika ndani ikilinganishwa na Groove, na kuathiri utulivu wa kazi, katika soko chini ya 1200V ina mbalimbali ya thamani ya maombi, na muundo planar ni rahisi katika mwisho wa viwanda, ili kukidhi manufacturability na kudhibiti gharama nyanja mbili. Kifaa cha groove kina faida za inductance ya chini sana ya vimelea, kasi ya kubadili haraka, hasara ya chini na utendaji wa juu kiasi.
2-- Habari za kaki za SiC
Uzalishaji wa soko la silicon carbide na ukuaji wa mauzo, makini na usawa wa miundo kati ya usambazaji na mahitaji
Pamoja na ukuaji wa haraka wa mahitaji ya soko ya umeme wa masafa ya juu na nguvu ya juu, kizuizi cha kikomo cha kikomo cha vifaa vya semiconductor vinavyotokana na silicon kimekuwa maarufu polepole, na vifaa vya kizazi cha tatu vya semiconductor vinavyowakilishwa na silicon carbide (SiC) polepole vimekua kiviwanda. Kwa mtazamo wa utendaji wa nyenzo, CARBIDE ya silicon ina mara 3 ya upana wa pengo la bendi ya nyenzo za silicon, mara 10 ya kuvunjika muhimu kwa nguvu ya shamba la umeme, mara 3 ya conductivity ya mafuta, hivyo vifaa vya nguvu vya silicon vinafaa kwa mzunguko wa juu, shinikizo la juu, joto la juu na matumizi mengine, kusaidia kuboresha ufanisi na msongamano wa nguvu wa mifumo ya umeme ya nguvu.
Kwa sasa, diode za SiC na MOSFET za SiC zimehamia soko kwa hatua kwa hatua, na kuna bidhaa za kukomaa zaidi, kati ya ambayo diode za SiC hutumiwa sana badala ya diode za silicon katika baadhi ya nyanja kwa sababu hawana faida ya malipo ya kurejesha reverse; SiC MOSFET pia hutumiwa hatua kwa hatua katika magari, hifadhi ya nishati, rundo la malipo, photovoltaic na nyanja nyingine; Katika uwanja wa matumizi ya magari, mwelekeo wa urekebishaji unazidi kuwa maarufu zaidi, utendaji bora wa SiC unahitaji kutegemea michakato ya juu ya ufungaji ili kufikia, kitaalam na kuziba kwa ganda la kukomaa kama njia kuu, siku zijazo au kwa maendeleo ya kuziba kwa plastiki, sifa zake za maendeleo zilizobinafsishwa zinafaa zaidi kwa moduli za SiC.
Kasi ya kushuka kwa bei ya silicon carbide au zaidi ya mawazo
Utumiaji wa vifaa vya silicon carbide ni mdogo sana na gharama ya juu, bei ya SiC MOSFET chini ya kiwango sawa ni mara 4 zaidi kuliko ile ya Si-based IGBT, hii ni kwa sababu mchakato wa carbudi ya silicon ni ngumu, ambayo ukuaji wa kioo moja na epitaxial sio tu kali kwa mazingira, lakini pia kasi ya ukuaji ni polepole, na usindikaji wa kioo moja lazima uende kwenye mchakato mdogo wa kukata kioo. Kulingana na sifa zake za nyenzo na teknolojia ya usindikaji machanga, mavuno ya substrate ya ndani ni chini ya 50%, na mambo mbalimbali husababisha substrate ya juu na bei ya epitaxial.
Walakini, muundo wa gharama ya vifaa vya silicon carbide na vifaa vya msingi vya silicon ni kinyume kabisa, gharama ya substrate na epitaxial ya akaunti ya kituo cha mbele kwa 47% na 23% ya kifaa kizima mtawaliwa, jumla ya 70%, muundo wa kifaa, utengenezaji na muhuri wa viungo vya akaunti ya chaneli ya nyuma kwa 30% tu, gharama ya uzalishaji wa vifaa vya nyuma vya silicon ni juu ya utengenezaji wa vifaa vya silicon. 50%, na gharama ya substrate akaunti kwa 7% tu. Hali ya thamani ya mnyororo wa tasnia ya silicon carbide ina maana kwamba watengenezaji wa substrate epitaxy wana haki ya msingi ya kuzungumza, ambayo ndiyo ufunguo wa mpangilio wa biashara za ndani na nje.
Kutoka kwa mtazamo wa nguvu kwenye soko, kupunguza gharama ya carbudi ya silicon, pamoja na kuboresha kioo cha silicon ndefu na mchakato wa kukata, ni kupanua ukubwa wa kaki, ambayo pia ni njia ya kukomaa ya maendeleo ya semiconductor katika siku za nyuma, data ya Wolfspeed inaonyesha kuwa kuboresha substrate ya silicon carbide kutoka inchi 6 hadi 80% ya uzalishaji na 80% inaweza kusaidia uzalishaji. kuboresha mavuno. Inaweza kupunguza gharama ya kitengo kwa 50%.
2023 inajulikana kama "mwaka wa kwanza wa SiC 8", mwaka huu, watengenezaji wa carbide ya silicon ya ndani na nje wanaharakisha mpangilio wa carbudi ya silicon ya inchi 8, kama vile uwekezaji wa ajabu wa Wolfspeed wa dola bilioni 14.55 za Kimarekani kwa upanuzi wa uzalishaji wa silicon carbudi, sehemu muhimu ambayo ni ujenzi wa kiwanda cha kutengeneza chuma cha 8-inch SiC20. kwa idadi ya makampuni; Tianyue Advanced na Tianke Heda pia wametia saini makubaliano ya muda mrefu na Infineon ya kusambaza substrates za silicon za inchi 8 katika siku zijazo.
Kuanzia mwaka huu, carbide ya silicon itaongeza kasi kutoka inchi 6 hadi inchi 8, Wolfspeed inatarajia kuwa ifikapo 2024, gharama ya kitengo cha chip ya inchi 8 ikilinganishwa na gharama ya kitengo cha inchi 6 mnamo 2022 itapunguzwa kwa zaidi ya 60%, na kupungua kwa gharama kutafungua zaidi soko la Ushauri la Ji. Sehemu ya soko ya sasa ya bidhaa za inchi 8 ni chini ya 2%, na sehemu ya soko inatarajiwa kukua hadi karibu 15% ifikapo 2026.
Kwa kweli, kiwango cha kushuka kwa bei ya substrate silicon CARBIDE inaweza kuzidi mawazo ya watu wengi, soko la sasa la kutoa substrate 6-inch ni 4000-5000 Yuan/kipande, ikilinganishwa na mwanzo wa mwaka imeshuka sana, inatarajiwa kuanguka chini ya 4000 Yuan mwaka ujao, ni muhimu kufahamu kwamba baadhi ya wazalishaji wa bei ya chini ya bei ya soko inapungua kwa bei ya chini. mfano wa vita bei, hasa kujilimbikizia katika ugavi silicon CARBIDE substrate imekuwa ya kutosha katika uwanja chini-voltage, wazalishaji wa ndani na nje ya nchi kwa uadui kupanua uwezo wa uzalishaji, au basi silicon substrate substrate oversupply hatua mapema kuliko kufikiri.
Muda wa kutuma: Jan-19-2024