Vyhliadky použitia 12-palcových substrátov z karbidu kremíka

Aké sú materiálové charakteristiky a technické požiadavky 12-palcového?Substráty z karbidu kremíka?

A. Základné fyzikálne a chemické vlastnosti karbidu kremíka

Jednou z najvýznamnejších vlastností karbidu kremíka je jeho široká šírka pásma, približne 3,26 eV pre 4H-SiC alebo 3,02 eV pre 6H-SiC, čo je výrazne viac ako 1,1 eV kremíka. Táto široká bandgap umožňuje SiC pracovať pri extrémne vysokých intenzitách elektrického poľa a odolávať značnému teplu bez tepelného rozpadu alebo poruchy, čo z neho robí preferovaný materiál pre elektronické zariadenia vo vysokonapäťovom a vysokoteplotnom prostredí.

Elektrické pole s vysokým prierazom: Elektrické pole s vysokým prierazom SiC (asi 10-krát väčšie ako kremík) mu umožňuje pracovať stabilne pod vysokým napätím, čím sa dosahuje vysoká hustota výkonu a účinnosť vo výkonových elektronických systémoch, najmä v elektrických vozidlách, meničoch výkonu a priemyselných napájacie zdroje.

Odolnosť voči vysokej teplote: Vysoká tepelná vodivosť SiC a schopnosť odolávať vysokým teplotám (až do 600 °C alebo viac) z neho robia ideálnu voľbu pre zariadenia, ktoré vyžadujú prevádzku v extrémnych prostrediach, najmä v automobilovom a leteckom priemysle.

Vysokofrekvenčný výkon: Aj keď je mobilita elektrónov SiC nižšia ako u kremíka, stále je dostatočná na podporu vysokofrekvenčných aplikácií. SiC preto hrá kľúčovú úlohu vo vysokofrekvenčných poliach, ako je bezdrôtová komunikácia, radar a vysokofrekvenčné výkonové zosilňovače.

Odolnosť voči žiareniu: Silná odolnosť SiC voči žiareniu je zrejmá najmä vo vesmírnych zariadeniach a elektronike jadrovej energie, kde dokáže odolať rušeniu vonkajším žiarením bez výraznej degradácie vlastností materiálu.

B. Kľúčové technické indikátory 12-palcových substrátov

Výhody 12-palcových (300 mm) substrátov z karbidu kremíka sa neodrážajú len vo zväčšení veľkosti, ale aj v ich komplexných technických požiadavkách, ktoré priamo určujú náročnosť výroby a výkon finálnych zariadení.

Kryštalická štruktúra: SiC má hlavne dve bežné kryštálové štruktúry —4H-SiC a 6H-SiC. 4H-SiC, so svojou vyššou pohyblivosťou elektrónov a vynikajúcou tepelnou vodivosťou je vhodnejší pre vysokofrekvenčné a vysokovýkonné aplikácie, zatiaľ čo 6H-SiC má vyššiu hustotu defektov a horší elektronický výkon, ktorý sa zvyčajne používa pre aplikácie s nízkym výkonom a nízkou frekvenciou. Pre 12-palcové substráty je rozhodujúci výber vhodnej kryštálovej štruktúry. 4H-SiC s menším počtom kryštálových defektov je vhodnejší pre vysokofrekvenčné aplikácie s vysokým výkonom.

Kvalita povrchu substrátu: Kvalita povrchu substrátu má priamy vplyv na výkon zariadenia. Hladkosť povrchu, drsnosť a hustota defektov musia byť prísne kontrolované. Hrubý povrch ovplyvňuje nielen kryštalickú kvalitu zariadenia, ale môže viesť aj k skorému zlyhaniu zariadenia. Preto je kľúčové zlepšiť hladkosť povrchu substrátu pomocou technológií, ako je chemické mechanické leštenie (CMP).

Kontrola hrúbky a rovnomernosti: Väčšia veľkosť 12-palcových substrátov znamená vyššie požiadavky na rovnomernosť hrúbky a kvalitu kryštálov. Nekonzistentná hrúbka môže viesť k nerovnomernému tepelnému namáhaniu, čo ovplyvňuje výkon a spoľahlivosť zariadenia. Na zabezpečenie vysokokvalitných 12-palcových substrátov sa musí použiť presný rast a následné procesy rezania a leštenia, aby sa zaručila konzistencia hrúbky.

C. Veľkosť a výrobné výhody 12-palcových substrátov

Ako sa polovodičový priemysel posúva smerom k väčším substrátom, 12-palcové substráty z karbidu kremíka ponúkajú významné výhody z hľadiska efektívnosti výroby a nákladovej efektívnosti. V porovnaní s tradičnými6-palcové a 8-palcové substráty12-palcové substráty môžu poskytnúť viac rezov čipov, čím sa výrazne zvýši počet vyrobených čipov na jednu výrobnú sériu, čím sa výrazne znížia náklady na jednotku čipu. Okrem toho väčšia veľkosť 12-palcových substrátov poskytuje lepšiu platformu pre efektívnu výrobu integrovaných obvodov, znižuje počet opakujúcich sa výrobných krokov a zlepšuje celkovú efektivitu výroby.

Ako sa vyrábajú 12-palcové substráty z karbidu kremíka?

A. Techniky rastu kryštálov

Sublimačná metóda (PVT):

Sublimačná metóda (Physical Vapor Transport, PVT) je jednou z najbežnejšie používaných techník rastu kryštálov karbidu kremíka, obzvlášť vhodná na výrobu veľkorozmerných substrátov karbidu kremíka. V tomto procese suroviny karbidu kremíka sublimujú pri vysokých teplotách a plynný uhlík a kremík sa rekombinujú na horúcom substráte a rastú do kryštálov. Medzi výhody sublimačnej metódy patrí vysoká čistota materiálu a dobrá kryštálová kvalita, vhodná na výrobu s vysokým dopytom12-palcové substráty. Táto metóda však tiež čelí niektorým výzvam, ako sú pomalé rýchlosti rastu a vysoké požiadavky na prísnu kontrolu teploty a atmosféry.

Metóda CVD (chemická depozícia z pár):

V procese CVD sa plynné prekurzory (ako je SiCl4 a C6H6) rozkladajú a ukladajú sa na substrát za vzniku filmu pri vysokých teplotách. V porovnaní s PVT môže metóda CVD poskytnúť rovnomernejší rast filmu a je vhodná na akumuláciu tenkovrstvových materiálov a funkcionalizáciu povrchu. Hoci metóda CVD má určité ťažkosti pri kontrole hrúbky, stále sa široko používa na zlepšenie kvality kryštálov a rovnomernosti substrátu.

B. Techniky rezania a leštenia substrátu

Rezanie kryštálu:

Rezanie 12-palcových substrátov z veľkých kryštálov je zložitá technika. Proces rezania kryštálov vyžaduje presnú kontrolu mechanického namáhania, aby sa zabezpečilo, že substrát počas rezania nepraská a nevytvára mikrotrhlinky. Na zlepšenie presnosti rezania sa často používa technológia rezania laserom alebo kombinovaná s ultrazvukovými a vysoko presnými mechanickými nástrojmi na zvýšenie kvality rezu.

Leštenie a povrchová úprava:

Chemické mechanické leštenie (CMP) je kľúčovou technológiou na zlepšenie kvality povrchu substrátu. Tento proces odstraňuje mikrodefekty na povrchu substrátu prostredníctvom synergického pôsobenia mechanického trenia a chemických reakcií, čím zabezpečuje hladkosť a rovinnosť. Povrchová úprava nielen zlepšuje lesk substrátu, ale tiež znižuje povrchové chyby, čím optimalizuje výkon nasledujúcich zariadení.

C. Kontrola defektov substrátu a kontrola kvality

Typy defektov:

Časté závady vsubstráty z karbidu kremíkazahŕňajú dislokácie, defekty mriežky a mikrotrhliny. Tieto chyby môžu priamo ovplyvniť elektrický výkon a tepelnú stabilitu zariadení. Preto je nevyhnutné prísne kontrolovať výskyt týchto defektov počas rastu substrátu, rezania a leštenia. Dislokácie a chyby mriežky sú zvyčajne spôsobené nesprávnym rastom kryštálov alebo nadmernou teplotou rezania.

Hodnotenie kvality:

Na zabezpečenie kvality substrátu sa na kontrolu kvality povrchu bežne používajú technológie ako skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM) a mikroskopia atómovej sily (AFM). Okrem toho testy elektrického výkonu (ako je vodivosť a mobilita) môžu ďalej posúdiť kvalitu substrátu.

V ktorých oblastiach sa používajú 12-palcové substráty z karbidu kremíka?

A. Výkonová elektronika a výkonové polovodičové zariadenia

12-palcové substráty z karbidu kremíka sa široko používajú vo výkonových polovodičových zariadeniach, najmä v MOSFET, IGBT a Schottkyho diódach. Tieto zariadenia sa vo veľkej miere používajú pri efektívnom riadení napájania, priemyselných zdrojoch napájania, konvertoroch a elektrických vozidlách. Tolerancia vysokého napätia a nízke charakteristiky spínacích strát zariadení SiC im umožňujú výrazne zlepšiť účinnosť premeny energie, znížiť energetické straty a podporiť vývoj technológií zelenej energie.

B. Nová energia a elektrické vozidlá

V elektrických vozidlách môžu 12-palcové substráty z karbidu kremíka zvýšiť účinnosť systémov elektrického pohonu a zlepšiť rýchlosť a dojazd nabíjania batérií. Vzhľadom na schopnosťmateriály z karbidu kremíkana efektívne spracovanie vysokonapäťových a vysokofrekvenčných signálov sú tiež nevyhnutné vo vysokorýchlostných nabíjacích zariadeniach na nabíjacích staniciach elektrických vozidiel.

C. Komunikácia 5G a vysokofrekvenčná elektronika

12-palcové substráty z karbidu kremíka s ich vynikajúcim vysokofrekvenčným výkonom sú široko používané v základňových staniciach 5G a vysokofrekvenčných RF zariadeniach. Môžu výrazne zlepšiť efektivitu prenosu signálu a znížiť stratu signálu, čím podporujú vysokorýchlostný prenos dát v sieťach 5G.

D. Energetický sektor

Substráty z karbidu kremíka majú tiež dôležité aplikácie v oblastiach obnoviteľnej energie, ako sú fotovoltaické invertory a výroba veternej energie. Zlepšením účinnosti premeny energie môžu zariadenia SiC znížiť straty energie a zvýšiť stabilitu a spoľahlivosť zariadení elektrickej siete.

Aké sú výzvy a prekážky 12-palcových substrátov z karbidu kremíka?

A. Výrobné náklady a veľkovýroba

Výrobné náklady na 12 palcovdoštičky z karbidu kremíkazostáva vysoká, čo sa odráža najmä v investíciách do surovín, zariadení a technologického výskumu a vývoja. Ako prelomiť technické výzvy vo veľkom meradle a znížiť jednotkové výrobné náklady je kľúčom k podpore popularizácie technológie karbidu kremíka.

B. Chyby substrátu a konzistentnosť kvality

Aj keď 12-palcové substráty majú výrobné výhody, počas ich rastu kryštálov, rezania a leštenia sa môžu stále vyskytnúť chyby, čo vedie k nekonzistentnej kvalite substrátu. Ako znížiť hustotu defektov a zlepšiť konzistentnosť kvality prostredníctvom inovatívnych technológií je stredobodom budúceho výskumu.

C. Dopyt po aktualizáciách zariadení a technológií

Dopyt po vysoko presných rezacích a leštiacich zariadeniach sa zvyšuje. Precízna kontrola kvality substrátov založená na nových detekčných technológiách (ako je mikroskopia atómovej sily, skenovanie elektrónovým lúčom atď.) je zároveň kľúčom k zvýšeniu efektivity výroby a kvality produktov.

My v Semicorex ponúkame celý radVysokokvalitné oblátkystarostlivo navrhnuté tak, aby spĺňali náročné požiadavky polovodičového priemyslu, ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktný telefón: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com