Bubuka keur silikon carbide
Silicon carbide (SiC) mangrupakeun bahan semikonduktor sanyawa diwangun ku karbon jeung silikon, nu mangrupakeun salah sahiji bahan idéal pikeun nyieun suhu luhur, frékuénsi luhur, kakuatan tinggi jeung alat tegangan tinggi.Dibandingkeun sareng bahan silikon tradisional (Si), celah pita silikon karbida nyaéta 3 kali tina silikon.The konduktivitas termal nyaeta 4-5 kali silikon;Tegangan ngarecahna nyaéta 8-10 kali tina silikon;Laju drift jenuh éléktronik nyaéta 2-3 kali tina silikon, anu nyumponan kabutuhan industri modéren pikeun kakuatan tinggi, tegangan tinggi sareng frekuensi tinggi.Ieu utamana dipaké pikeun produksi-speed tinggi, frékuénsi luhur,-kakuatan tinggi na lampu-emitting komponén éléktronik.Widang aplikasi hilir kaasup grid pinter, kandaraan énergi anyar, kakuatan angin photovoltaic, komunikasi 5G, jsb Silicon carbide diodes na MOSFETs geus dilarapkeun komersil.
Résistansi suhu luhur.The band gap lebar silikon carbide nyaeta 2-3 kali tina silikon, éléktron henteu gampang pikeun transisi dina suhu luhur, sarta bisa tahan suhu operasi luhur, sarta konduktivitas termal tina silikon carbide nyaeta 4-5 kali silikon, ngajadikeun dissipation panas alat gampang jeung suhu operasi wates luhur.Résistansi suhu luhur sacara signifikan tiasa ningkatkeun dénsitas kakuatan bari ngirangan sarat dina sistem penyejukan, ngajantenkeun terminal langkung hampang sareng langkung alit.
Tahan tekanan tinggi.Kakuatan médan listrik ngarecah silikon karbida nyaéta 10 kali tina silikon, anu tiasa tahan tegangan anu langkung luhur sareng langkung cocog pikeun alat-alat tegangan tinggi.
lalawanan frékuénsi luhur.Silicon carbide boga laju drift éléktron jenuh dua kali tina silikon, hasilna henteuna tailing ayeuna salila prosés shutdown, nu bisa éféktif ngaronjatkeun frékuénsi switching alat jeung ngawujudkeun miniaturization alat.
Leungitna énergi low.Dibandingkeun sareng bahan silikon, silikon karbida ngagaduhan résistansi anu rendah sareng kaleungitan leungitna.Dina waktu nu sarua, lebar band-gap tinggi silikon carbide greatly ngurangan leakage arus jeung leungitna kakuatan.Sajaba ti éta, alat silikon carbide teu boga fenomena labuh ayeuna salila prosés shutdown, sarta leungitna switching low.
ranté industri Silicon carbide
Ieu utamana ngawengku substrat, epitaxy, desain alat, manufaktur, sealing jeung saterusna.Silicon carbide tina bahan kana alat kakuatan semikonduktor bakal ngalaman tumuwuhna kristal tunggal, ingot slicing, tumuwuhna epitaxial, desain wafer, manufaktur, bungkusan jeung prosés lianna.Saatos sintésis bubuk silikon karbida, ingot silikon karbida didamel heula, teras substrat karbida silikon dicandak ku nyiksikan, ngagiling sareng ngagosok, sareng lambaran epitaxial dicandak ku kamekaran epitaxial.The wafer epitaxial dijieunna tina silikon carbide ngaliwatan lithography, etching, implantation ion, passivation logam jeung prosés lianna, wafer nu dipotong kana paeh, alat geus rangkep, sarta alat ieu digabungkeun kana cangkang husus tur dirakit kana modul a.
Hulu tina ranté industri 1: substrat - tumuwuhna kristal nyaéta link prosés inti
Substrat silikon karbida kira-kira 47% tina biaya alat karbida silikon, halangan téknis manufaktur pangluhurna, nilai panggedéna, mangrupikeun inti industrialisasi skala ageung SiC.
Ti sudut pandang béda sipat éléktrokimia, bahan substrat silikon carbide bisa dibagi kana substrat conductive (wewengkon résistansi 15 ~ 30mΩ · cm) jeung substrat semi-insulated (résistivity leuwih luhur ti 105Ω · cm).Dua jinis substrat ieu dianggo pikeun ngahasilkeun alat diskrit sapertos alat kakuatan sareng alat frekuensi radio masing-masing saatos pertumbuhan epitaxial.Di antarana, substrat silikon carbide semi-insulated utamana dipaké dina pembuatan alat RF gallium nitride, alat photoelectric jeung saterusna.Ku tumuwuh lapisan epitaxial gan dina substrat SIC semi-insulated, piring epitaxial sic disiapkeun, nu bisa salajengna disiapkeun kana HEMT gan alat RF iso-nitride.Substrat silikon carbide conductive utamana dipaké dina pabrik alat kakuatan.Béda tina prosés manufaktur alat kakuatan silikon tradisional, alat kakuatan silikon karbida henteu tiasa langsung dilakukeun dina substrat silikon karbida, lapisan epitaxial silikon karbida kedah ditumbuhkeun dina substrat konduktif pikeun kéngingkeun lambaran epitaxial silikon karbida, sareng epitaxial. lapisan dijieun dina dioda Schottky, MOSFET, IGBT jeung alat kakuatan séjén.
Bubuk silikon karbida disintésis tina bubuk karbon purity tinggi jeung bubuk silikon purity tinggi, sarta ukuran béda tina ingot silikon carbide anu tumuwuh dina widang suhu husus, lajeng substrat silikon carbide dihasilkeun ngaliwatan sababaraha prosés ngolah.Prosés inti ngawengku:
Sintésis bahan baku: The-purity tinggi silikon bubuk + toner dicampurkeun nurutkeun rumus, sarta réaksina dilumangsungkeun dina chamber réaksi dina kaayaan suhu luhur di luhur 2000 ° C pikeun nyintésis partikel silikon carbide kalawan tipe kristal husus sarta partikel. ukuran.Lajeng ngaliwatan crushing, screening, beberesih jeung prosés lianna, pikeun minuhan sarat purity tinggi bahan baku bubuk silikon carbide.
Tumuwuhna kristal mangrupikeun prosés inti produksi substrat silikon karbida, anu nangtukeun sipat listrik substrat karbida silikon.Ayeuna, metodeu utama pikeun kamekaran kristal nyaéta transfer uap fisik (PVT), déposisi uap kimia suhu luhur (HT-CVD) sareng epitaksi fase cair (LPE).Di antarana, métode PVT nyaéta métode mainstream pikeun tumuwuh komérsial substrat SiC ayeuna, kalawan kematangan teknis pangluhurna sarta paling loba dipaké dina rékayasa.
Nyiapkeun substrat SiC sesah, ngarah kana harga anu luhur
Kontrol médan hawa hese: tumuwuhna batang kristal Si ngan ukur peryogi 1500 ℃, sedengkeun rod kristal SiC kedah ditumbuh dina suhu luhur 2000 ℃, sareng aya langkung ti 250 isomér SiC, tapi struktur kristal tunggal 4H-SiC utama pikeun produksi alat kakuatan, lamun teu kontrol tepat, bakal meunang struktur kristal lianna.Sajaba ti éta, gradién hawa dina crucible nangtukeun laju mindahkeun sublimation SiC jeung susunan jeung tumuwuhna mode atom gas dina panganteur kristal, nu mangaruhan laju tumuwuh kristal sarta kualitas kristal, jadi perlu pikeun ngabentuk widang hawa sistimatis. téhnologi kontrol.Dibandingkeun sareng bahan Si, bédana dina produksi SiC ogé aya dina prosés suhu luhur sapertos implantasi ion suhu luhur, oksidasi suhu luhur, aktivasina suhu luhur, sareng prosés masker keras anu diperyogikeun ku prosés suhu luhur ieu.
pertumbuhan kristal slow: laju tumuwuhna rod kristal Si bisa ngahontal 30 ~ 150mm / h, sarta produksi 1-3m rod kristal silikon ngan nyokot ngeunaan 1 poé;rod kristal SiC kalawan métode PVT sabagé conto, laju tumuwuh kira 0.2-0.4mm / h, 7 poé tumuwuh kirang ti 3-6cm, laju tumuwuhna kirang ti 1% tina bahan silikon, kapasitas produksi pisan. kawates.
Parameter produk tinggi jeung ngahasilkeun low: parameter inti substrat SiC kaasup dénsitas microtubule, dénsitas dislocation, resistivity, warpage, roughness permukaan, jsb Ieu mangrupakeun rékayasa sistem kompléks pikeun ngatur atom dina chamber-suhu luhur katutup sarta pertumbuhan kristal lengkep. bari ngadalikeun indexes parameter.
Bahanna gaduh karasa tinggi, brittleness tinggi, waktos motong panjang sarta maké tinggi: SiC Mohs karasa 9,25 kadua ukur pikeun inten, nu ngabalukarkeun kanaékan signifikan dina kasusah motong, grinding na polishing, sarta waktu nu diperlukeun kira 120 jam nepi ka potong 35-40 potongan ingot kandel 3cm.Sajaba ti éta, alatan brittleness luhur SiC, maké processing wafer bakal leuwih, sarta rasio kaluaran ngan ngeunaan 60%.
Trend ngembangkeun: Ukuran nambahan + harga turun
Pasar SiC global garis produksi volume 6 inci parantos maturing, sareng perusahaan-perusahaan utama parantos lebet kana pasar 8 inci.Proyék pangwangunan domestik utamina 6 inci.Ayeuna, sanajan lolobana pausahaan domestik masih dumasar kana garis produksi 4 inci, tapi industri ieu laun ngembangna ka 6 inci, jeung kematangan 6 inci téhnologi alat ngarojong, téhnologi substrat SiC domestik ogé laun ngaronjatkeun economies. skala garis produksi badag-ukuran bakal reflected, sarta gap waktos produksi masal domestik 6 inci ayeuna geus narrowed ka 7 taun.Ukuran wafer anu langkung ageung tiasa nyababkeun paningkatan jumlah chip tunggal, ningkatkeun tingkat ngahasilkeun, sareng ngirangan proporsi chip ujung, sareng biaya panalungtikan sareng pamekaran sareng leungitna ngahasilkeun bakal dijaga sakitar 7%, ku kituna ningkatkeun wafer. utilization.
Aya kénéh loba kasusah dina desain alat
The commercialization of SiC diode ieu laun ningkat, ayeuna, sajumlah pabrik domestik geus dirancang produk SiC SBD, sedeng jeung tegangan tinggi produk SiC SBD boga stabilitas alus, dina wahana OBC, pamakéan SiC SBD + SI IGBT pikeun ngahontal stabil. dénsitas ayeuna.Ayeuna, teu aya halangan dina desain patén produk SiC SBD di Cina, sareng jurang sareng nagara deungeun leutik.
SiC MOS masih ngabogaan loba kasusah, masih aya gap antara SiC MOS jeung pabrik luar negeri, sarta platform manufaktur relevan masih dina konstruksi.Ayeuna, ST, Infineon, Rohm sareng 600-1700V SiC MOS sanésna parantos ngahontal produksi masal sareng ditandatanganan sareng dikirim sareng seueur industri manufaktur, sedengkeun desain SiC MOS domestik ayeuna parantos réngsé, sajumlah pabrik desain damel sareng fabs di tahap aliran wafer, sarta engké verifikasi customer masih perlu sababaraha waktu, jadi aya kénéh lila ti commercialization badag skala.
Ayeuna, struktur planar mangrupikeun pilihan utama, sareng jinis lombang seueur dianggo dina widang tekanan tinggi di hareup.Struktur planar pabrik SiC MOS loba, struktur planar henteu gampang pikeun ngahasilkeun masalah ngarecahna lokal dibandingkeun jeung alur, mangaruhan stabilitas gawé, di pasar handap 1200V boga rupa-rupa nilai aplikasi, sarta struktur planar relatif. basajan dina tungtung manufaktur, pikeun minuhan manufacturability jeung kontrol ongkos dua aspék.Alat alur boga kaunggulan induktansi parasit pisan low, speed switching gancang, leungitna low jeung kinerja rélatif luhur.
2--Wafer warta SiC
Produksi pasar silikon karbida sareng pertumbuhan penjualan, nengetan henteu saimbangna struktur antara suplai sareng paménta
Kalayan kamekaran gancang tina paménta pasar pikeun éléktronika listrik frekuensi tinggi sareng kakuatan tinggi, bottleneck wates fisik alat semikonduktor berbasis silikon laun-laun janten nonjol, sareng bahan semikonduktor generasi katilu anu diwakilan ku silikon karbida (SiC) parantos laun-laun. jadi industrialisasi.Ti sudut pandang kinerja bahan, silikon carbide boga 3 kali lebar band gap bahan silikon, 10 kali kakuatan médan listrik ngarecahna kritis, 3 kali konduktivitas termal, jadi alat kakuatan silikon carbide anu cocog pikeun frékuénsi luhur, tekanan tinggi, suhu luhur sarta aplikasi sejenna, mantuan pikeun ngaronjatkeun efisiensi sarta dénsitas kakuatan sistem éléktronik kakuatan.
Ayeuna, dioda SiC sareng MOSFET SiC laun-laun ngalih ka pasar, sareng aya produk anu langkung dewasa, diantarana dioda SiC seueur dianggo tibatan dioda dumasar-silikon dina sababaraha widang sabab henteu gaduh kauntungan tina muatan pamulihan sabalikna;SiC MOSFET ogé laun dipaké dina otomotif, neundeun énergi, ngecas tihang, photovoltaic sarta widang séjén;Dina widang aplikasi otomotif, trend modularization ieu jadi beuki loba nonjol, kinerja unggulan SiC perlu ngandelkeun prosés bungkusan canggih pikeun ngahontal, téhnisna kalawan sealing cangkang rélatif dewasa salaku mainstream, mangsa nu bakal datang atawa ngembangkeun sealing plastik. , ciri ngembangkeun ngaropéa na anu leuwih cocog pikeun modul SiC.
Kacepetan turunna harga karbida silikon atanapi saluareun imajinasi
Aplikasi tina alat silikon carbide utamana diwatesan ku biaya tinggi, harga SiC MOSFET dina tingkat anu sarua nyaéta 4 kali leuwih luhur ti nu ti IGBT dumasar Si, ieu téh alatan prosés silikon carbide téh kompléks, nu tumuwuhna kristal tunggal jeung epitaxial henteu ngan kasar dina lingkungan, tapi ogé laju tumuwuh slow, sarta ngolah kristal tunggal kana substrat kudu ngaliwatan prosés motong na polishing.Dumasar ciri bahan sorangan jeung téhnologi processing immature, ngahasilkeun substrat domestik kirang ti 50%, sarta sagala rupa faktor ngakibatkeun substrat tinggi na harga epitaxial.
Nanging, komposisi biaya alat karbida silikon sareng alat dumasar kana silikon sabalikna sacara diamétrik, biaya substrat sareng epitaxial saluran hareup masing-masing 47% sareng 23% tina sadaya alat, jumlahna sakitar 70%, desain alat, manufaktur. sarta link sealing sahiji akun channel tukang pikeun ukur 30%, biaya produksi alat basis silikon utamana ngumpul dina manufaktur wafer tina saluran deui ngeunaan 50%, sarta biaya substrat akun pikeun ukur 7%.Fenomena nilai ranté industri silikon karbida tibalik hartosna yén produsén substrat epitaxy hulu ngagaduhan hak inti pikeun nyarios, anu mangrupikeun konci pikeun tata perenah perusahaan domestik sareng asing.
Tina sudut pandang dinamis dina pasar, ngirangan biaya silikon karbida, salian ningkatkeun kristal silikon karbida panjang sareng prosés nyiksikan, nyaéta pikeun dilegakeun ukuran wafer, anu ogé mangrupikeun jalur dewasa pangembangan semikonduktor dina jaman baheula, data Wolfspeed nunjukkeun yén substrat silikon carbide ningkatkeun tina 6 inci nepi ka 8 inci, produksi chip mumpuni bisa ningkatkeun ku 80% -90%, sarta mantuan ngaronjatkeun ngahasilkeun.Bisa ngurangan biaya Unit digabungkeun ku 50%.
2023 katelah "8 inci SiC taun kahiji", taun ieu, pabrik karbida silikon domestik jeung luar nagri ngagancangkeun tata perenah silikon karbida 8 inci, sapertos investasi gila Wolfspeed 14,55 milyar dolar AS pikeun ékspansi produksi silikon karbida, bagian penting nu mangrupakeun pangwangunan 8 inci SiC substrat pabrik pabrik, Pikeun mastikeun suplai kahareup 200 mm SiC logam bulistir ka sababaraha pausahaan;Doméstik Tianyue Advanced sareng Tianke Heda ogé parantos nandatanganan perjanjian jangka panjang sareng Infineon pikeun nyayogikeun substrat karbida silikon 8 inci ka hareup.
Mimitian ti taun ieu, silikon carbide bakal ngagancangkeun ti 6 inci nepi ka 8 inci, Wolfspeed ekspektasi yén ku 2024, biaya unit chip substrat 8 inci dibandingkeun jeung biaya unit chip 6 inci substrat dina 2022 bakal ngurangan ku leuwih ti 60% , sarta turunna ongkos salajengna bakal muka pasar aplikasi, data panalungtikan Ji Bond Konsultan nunjuk kaluar.Pangsa pasar produk 8 inci ayeuna kirang ti 2%, sareng pangsa pasar diperkirakeun tumbuh sakitar 15% ku 2026.
Kanyataanna, laju turunna harga substrat silikon carbide bisa ngaleuwihan imajinasi loba jalma, tawaran pasar ayeuna substrat 6 inci nyaeta 4000-5000 yuan / sapotong, dibandingkeun jeung awal taun geus fallen pisan, nyaeta diperkirakeun turun handap 4000 yuan taun hareup, eta sia noting yén sababaraha pabrik dina raraga neangan pasar munggaran, geus ngurangan harga jualan ka garis ongkos handap, Dibuka model perang harga, utamana ngumpul dina substrat silikon carbide. suplai geus kawilang cukup dina widang-tegangan low, pabrik domestik jeung luar nagri anu aggressively ngembangna kapasitas produksi, atawa ngantep silikon carbide substrat oversupply tahap saméméhna ti imagined.
waktos pos: Jan-19-2024