Kynning á kísilkarbíði
Kísilkarbíð (SiC) er samsett hálfleiðara efni sem samanstendur af kolefni og sílikoni, sem er eitt af kjörnu efnum til að búa til háhita-, hátíðni-, afl- og háspennutæki. Í samanburði við hefðbundið kísilefni (Si) er bandbil kísilkarbíðs þrisvar sinnum meira en kísil. Hitaleiðni er 4-5 sinnum hærri en kísil; Niðurbrotsspennan er 8-10 sinnum hærri en kísils; Rafræn mettunarhraði er 2-3 sinnum meiri en kísil, sem uppfyllir þarfir nútíma iðnaðar fyrir mikið afl, háspennu og hátíðni. Það er aðallega notað til framleiðslu á háhraða, hátíðni, miklum krafti og ljósgjafa rafeindahlutum. Eftirfarandi notkunarsvið fela í sér snjallnet, ný orkutæki, vindorku, 5G samskipti osfrv. Kísilkarbíðdíóða og MOSFET hafa verið notuð í atvinnuskyni.
Háhitaþol. Breidd bandbils kísilkarbíðs er 2-3 sinnum meiri en kísils, rafeindirnar eru ekki auðvelt að skipta við háan hita og þola hærra rekstrarhitastig og varmaleiðni kísilkarbíðs er 4-5 sinnum meiri en kísils, sem gerir hitaleiðni tækisins auðveldari og hámarkshitastigið hærra. Háhitaþolið getur aukið aflþéttleika verulega á sama tíma og það dregur úr kröfum um kælikerfið, sem gerir flugstöðina léttari og minni.
Þola háan þrýsting. Niðurbrotsstyrkur rafsviðs kísilkarbíðs er 10 sinnum meiri en kísils, sem þolir hærri spennu og hentar betur fyrir háspennutæki.
Hátíðniviðnám. Kísilkarbíð hefur tvöfalt mettað rafeindadrifshraða en kísil, sem leiðir til þess að straumur er ekki til staðar meðan á lokunarferlinu stendur, sem getur í raun bætt skiptitíðni tækisins og gert sér grein fyrir smæðun tækisins.
Lítið orkutap. Í samanburði við kísilefni hefur kísilkarbíð mjög lágt viðnám og lítið tap. Á sama tíma dregur mikil bandbilsbreidd kísilkarbíðs verulega úr lekastraumnum og aflstapinu. Að auki hefur kísilkarbíðbúnaðurinn ekki núverandi slóðfyrirbæri meðan á lokunarferlinu stendur og skiptitapið er lítið.
Kísilkarbíð iðnaðarkeðja
Það felur aðallega í sér undirlag, epitaxy, tækjahönnun, framleiðslu, þéttingu og svo framvegis. Kísilkarbíð frá efninu til hálfleiðaraaflbúnaðarins mun upplifa eins kristalla vöxt, hleifa sneið, epitaxial vöxt, diskur hönnun, framleiðslu, pökkun og önnur ferli. Eftir myndun kísilkarbíðdufts er kísilkarbíðhleifurinn fyrst gerður og síðan er kísilkarbíð hvarfefnið fengið með því að sneiða, mala og fægja, og epitaxial lakið er fengið með epitaxial vexti. Epitaxial skífan er gerð úr kísilkarbíði í gegnum steinþrykk, ætingu, jónaígræðslu, málmaðgerð og önnur ferli, skúffan er skorin í deyja, tækinu er pakkað og tækinu er sameinað í sérstaka skel og sett saman í einingu.
Andstreymis iðnaðarkeðjunnar 1: undirlag - kristalvöxtur er kjarnaferlið
Kísilkarbíð hvarfefni er um það bil 47% af kostnaði við kísilkarbíð tæki, hæstu tæknilegar hindranir í framleiðslu, mesta verðmæti, er kjarninn í framtíðar stóriðnvæðingu SiC.
Frá sjónarhóli rafefnafræðilegra eiginleika er hægt að skipta kísilkarbíð hvarfefni í leiðandi hvarfefni (viðnám svæði 15 ~ 30mΩ · cm) og hálfeinangruð hvarfefni (viðnám hærri en 105Ω · cm). Þessar tvær tegundir af undirlagi eru notaðar til að framleiða staktæk tæki eins og rafmagnstæki og útvarpsbylgjur í sömu röð eftir epitaxial vöxt. Meðal þeirra er hálfeinangrað kísilkarbíð hvarfefni aðallega notað við framleiðslu á gallíumnítríði RF tækjum, ljósabúnaði og svo framvegis. Með því að rækta gan epitaxial lag á hálfeinangruðu SIC undirlagi er sic epitaxial platan útbúin, sem hægt er að útbúa frekar í HEMT gan ísó-nítríð RF tæki. Leiðandi kísilkarbíð hvarfefni er aðallega notað við framleiðslu á rafmagnstækjum. Ólíkt hefðbundnu framleiðsluferli kísilorkubúnaðar er ekki hægt að búa til kísilkarbíð aflbúnaðinn beint á kísilkarbíð undirlaginu, kísilkarbíð epitaxial lagið þarf að rækta á leiðandi undirlaginu til að fá kísilkarbíð epitaxial lakið og epitaxial lagið. lag er framleitt á Schottky díóða, MOSFET, IGBT og öðrum aflbúnaði.
Kísilkarbíðduft var búið til úr háhreinu kolefnisdufti og háhreinleika kísildufti og mismunandi stærðir af kísilkarbíðhleifi voru ræktaðar undir sérstöku hitastigi og síðan var kísilkarbíð hvarfefni framleitt með mörgum vinnsluferlum. Kjarnaferlið felur í sér:
Hráefnismyndun: Háhreinleika kísilduftinu + andlitsvatni er blandað í samræmi við formúluna og hvarfið er framkvæmt í hvarfhólfinu við háhitaskilyrði yfir 2000°C til að mynda kísilkarbíð agnirnar með sérstakri kristalgerð og ögnum stærð. Síðan í gegnum mulning, skimun, hreinsun og önnur ferli, til að uppfylla kröfur um háhreinleika kísilkarbíðduft hráefni.
Kristallvöxtur er kjarnaferlið í framleiðslu á kísilkarbíð hvarfefni, sem ákvarðar rafmagns eiginleika kísilkarbíð hvarfefnis. Sem stendur eru helstu aðferðir við kristalvöxt eðlisfræðilega gufuflutning (PVT), háhitaefnagufuútfellingu (HT-CVD) og fljótandi fasa epitaxy (LPE). Meðal þeirra er PVT aðferðin almenna aðferðin til að vaxa SiC hvarfefni í atvinnuskyni um þessar mundir, með hæsta tæknilega þroska og mest notuð í verkfræði.
Undirbúningur SiC hvarfefnis er erfiður, sem leiðir til hás verðs þess
Hitasviðsstýring er erfið: SiC kristal stangir vöxtur þarf aðeins 1500 ℃, en SiC kristal stangir þarf að rækta við háan hita yfir 2000 ℃, og það eru meira en 250 SiC hverfur, en aðal 4H-SiC einkristall uppbygging fyrir framleiðsla afltækja, ef ekki nákvæm stjórn, mun fá önnur kristalsbygging. Að auki ákvarðar hitastigshlutfallið í deiglunni hraða SiC sublimation flutnings og fyrirkomulag og vaxtarmáta lofttegunda atóma á kristalviðmótinu, sem hefur áhrif á kristalvaxtarhraða og kristalgæði, svo það er nauðsynlegt að mynda kerfisbundið hitasvið. stýritækni. Í samanburði við Si-efni er munurinn á SiC-framleiðslu einnig í háhitaferli eins og háhitajónaígræðslu, háhitaoxun, háhitavirkjun og harða grímuferlinu sem þessi háhitaferli krefst.
Hægur kristalvöxtur: Vaxtarhraði Si kristalstangar getur náð 30 ~ 150mm/klst og framleiðsla á 1-3m sílikonkristallastöng tekur aðeins um 1 dag; SiC kristalstangir með PVT aðferð sem dæmi, vaxtarhraðinn er um 0,2-0,4mm/klst., 7 dagar til að vaxa minna en 3-6cm, vaxtarhraðinn er minna en 1% af kísilefninu, framleiðslugetan er afar takmörkuð.
Háar afurðabreytur og lág afrakstur: Kjarnabreytur SiC hvarfefnis eru meðal annars þéttleiki örpípla, losunarþéttleiki, viðnám, skekkja, yfirborðsgrófleiki osfrv. Það er flókið kerfisverkfræði að raða frumeindum í lokað háhitahólf og fullkominn kristalvöxt, á meðan þú stjórnar breytuvísitölum.
Efnið hefur mikla hörku, mikla stökkleika, langan skurðtíma og mikið slit: SiC Mohs hörku upp á 9,25 er næst á eftir demanti, sem leiðir til verulegrar aukningar á erfiðleikum við að klippa, slípa og fægja, og það tekur um það bil 120 klukkustundir að skera 35-40 bita af 3 cm þykkum hleif. Að auki, vegna mikils brothættu SiC, verður slit á oblátavinnslu meira og framleiðsluhlutfallið er aðeins um 60%.
Þróunarþróun: Stærðaraukning + verðlækkun
Alþjóðlega SiC markaðurinn 6 tommu magn framleiðslulína er að þroskast og leiðandi fyrirtæki hafa farið inn á 8 tommu markaðinn. Innlend þróunarverkefni eru aðallega 6 tommur. Sem stendur, þó að flest innlend fyrirtæki séu enn byggð á 4 tommu framleiðslulínum, en iðnaðurinn stækkar smám saman í 6 tommu, með þroska 6 tommu stuðningsbúnaðartækni, er innlend SiC hvarfefnistækni einnig smám saman að bæta hagkerfi umfang stórra framleiðslulína mun endurspeglast og núverandi innlend 6 tommu fjöldaframleiðslutímabil hefur minnkað í 7 ár. Stærri flísastærðin getur valdið aukningu á fjölda stakra flísa, bætt afraksturshlutfallið og dregið úr hlutfalli brúnflísanna og kostnaði við rannsóknir og þróun og tap á ávöxtun verður haldið í um 7% og þar með bætt flís. nýtingu.
Það eru enn margir erfiðleikar í hönnun tækja
Markaðssetning SiC díóða er smám saman bætt, eins og er hefur fjöldi innlendra framleiðenda hannað SiC SBD vörur, meðal- og háspennu SiC SBD vörur hafa góðan stöðugleika, í ökutækinu OBC, notkun SiC SBD + SI IGBT til að ná stöðugleika straumþéttleiki. Sem stendur eru engar hindranir í einkaleyfishönnun SiC SBD vara í Kína og bilið við erlend lönd er lítið.
SiC MOS á enn í miklum erfiðleikum, enn er bil á milli SiC MOS og erlendra framleiðenda og viðkomandi framleiðsluvettvangur er enn í smíðum. Sem stendur hafa ST, Infineon, Rohm og önnur 600-1700V SiC MOS náð fjöldaframleiðslu og undirrituð og send með mörgum framleiðsluiðnaði, á meðan núverandi innlendri SiC MOS hönnun hefur í grundvallaratriðum verið lokið, fjöldi hönnunarframleiðenda er að vinna með fabs á flæðisstigið fyrir oblátur og síðar sannprófun viðskiptavina þarf enn nokkurn tíma, þannig að enn er langur tími frá stórfelldri markaðssetningu.
Sem stendur er plana uppbyggingin almennt val og skurðargerðin er mikið notuð á háþrýstisviði í framtíðinni. Planar uppbygging SiC MOS framleiðendur eru margir, planar uppbyggingin er ekki auðvelt að framleiða staðbundin sundurliðunarvandamál samanborið við grópinn, sem hefur áhrif á stöðugleika vinnunnar, á markaðnum undir 1200V hefur breitt úrval af notkunargildi og plana uppbyggingin er tiltölulega einfalt í framleiðslu enda, til að mæta framleiðni og kostnaðarstjórnun tveimur þáttum. Groove tækið hefur kosti þess að vera mjög lágt sníkjuvirki, hraður rofi, lítill tap og tiltölulega mikil afköst.
2--SiC oblátufréttir
Kísilkarbíð markaðsframleiðsla og söluvöxtur, gaum að skipulagslegu ójafnvægi milli framboðs og eftirspurnar
Með örum vexti markaðseftirspurnar eftir hátíðni og kraftmiklum rafeindatækni hefur eðlisfræðilegur takmarkandi flöskuháls kísil-undirstaða hálfleiðaratækja smám saman orðið áberandi og þriðju kynslóðar hálfleiðaraefni táknað með kísilkarbíði (SiC) hafa smám saman orðið áberandi. orðið iðnvæddur. Frá sjónarhóli efnisframmistöðu hefur kísilkarbíð 3 sinnum breidd bandbils kísilefnis, 10 sinnum mikilvægan rafsviðsstyrk, 3 sinnum hitaleiðni, þannig að kísilkarbíð afltæki henta fyrir hátíðni, háþrýsting, hár hiti og önnur forrit, hjálpa til við að bæta skilvirkni og aflþéttleika rafeindakerfa.
Sem stendur hafa SiC díóða og SiC MOSFET smám saman færst á markaðinn og það eru þroskaðari vörur, þar á meðal eru SiC díóðar mikið notaðar í stað kísildíóða á sumum sviðum vegna þess að þær hafa ekki þann kost að endurheimta hleðslu; SiC MOSFET er einnig smám saman notað í bifreiðum, orkugeymslu, hleðsluhrúgu, ljósvökva og öðrum sviðum; Á sviði bifreiðanotkunar er stefna mátunar að verða meira og meira áberandi, yfirburða árangur SiC þarf að reiða sig á háþróaða umbúðaferli til að ná, tæknilega með tiltölulega þroskaðri skelþéttingu sem almennt, framtíðina eða til plastþéttingarþróunar , sérsniðin þróunareiginleikar þess henta betur fyrir SiC einingar.
Kísilkarbíð verð lækkar hraða eða umfram ímyndunarafl
Notkun kísilkarbíðtækja er aðallega takmörkuð af háum kostnaði, verð á SiC MOSFET undir sama stigi er 4 sinnum hærra en á Si byggt IGBT, þetta er vegna þess að ferlið kísilkarbíðs er flókið, þar sem vöxtur á Einkristall og epitaxial er ekki aðeins harðneskjulegt fyrir umhverfið, heldur er vaxtarhraðinn hægur og einkristalvinnslan í undirlagið verður að fara í gegnum skurðar- og fægjaferlið. Byggt á eigin efniseiginleikum og óþroskaðri vinnslutækni er afrakstur innlends undirlags minna en 50% og ýmsir þættir leiða til hás undirlags- og epitaxialverðs.
Hins vegar er kostnaðarsamsetning kísilkarbíðtækja og sílikonbyggðra tækja þveröfugt, undirlags- og epitaxialkostnaður framrásarinnar er 47% og 23% af öllu tækinu í sömu röð, samtals um 70%, hönnun tækisins, framleiðsla. og þéttingartenglar bakrásarinnar eru aðeins 30%, framleiðslukostnaður tækja sem byggir á sílikon er aðallega einbeitt í oblátaframleiðslu bakrásarinnar um 50% og undirlagskostnaðurinn er aðeins 7%. Fyrirbærið um verðmæti kísilkarbíðiðnaðarkeðjunnar á hvolfi þýðir að framleiðendur undirlagsuppstreymis hafa kjarnaréttinn til að tala, sem er lykillinn að skipulagi innlendra og erlendra fyrirtækja.
Frá kraftmiklu sjónarhorni markaðarins, að draga úr kostnaði við kísilkarbíð, auk þess að bæta kísilkarbíð langa kristals- og sneiðarferlið, er að stækka oblátastærðina, sem er einnig þroskuð leið hálfleiðaraþróunar í fortíðinni, Wolfspeed gögn sýna að kísilkarbíð undirlag uppfærist úr 6 tommu í 8 tommur, hæfur flísframleiðsla getur aukist um 80% -90% og hjálpað til við að bæta afraksturinn. Getur lækkað samanlagðan einingakostnað um 50%.
Árið 2023 er þekkt sem „8 tommu SiC fyrsta árið“, á þessu ári eru innlendir og erlendir kísilkarbíðframleiðendur að flýta fyrir skipulagi 8 tommu kísilkarbíðs, eins og Wolfspeed brjálaða fjárfestingu upp á 14,55 milljarða Bandaríkjadala fyrir stækkun kísilkarbíðframleiðslu, mikilvægur hluti þess er bygging 8 tommu SiC undirlagsframleiðsluverksmiðju, Til að tryggja framtíðarframboð á 200 mm SiC berum málmi til fjölda fyrirtækja; Innlendar Tianyue Advanced og Tianke Heda hafa einnig undirritað langtímasamninga við Infineon um að útvega 8 tommu sílikonkarbíð hvarfefni í framtíðinni.
Frá og með þessu ári mun kísilkarbíð hraða úr 6 tommu í 8 tommur, Wolfspeed gerir ráð fyrir að árið 2024 muni einingar flískostnaður 8 tommu undirlags samanborið við eininga flískostnað 6 tommu undirlags árið 2022 minnka um meira en 60% , og kostnaðarlækkunin mun opna umsóknarmarkaðinn enn frekar, bentu rannsóknargögn Ji Bond Consulting á. Núverandi markaðshlutdeild 8 tommu vara er innan við 2% og búist er við að markaðshlutdeildin aukist í um 15% árið 2026.
Reyndar getur verðlækkun á kísilkarbíð undirlagi farið yfir ímyndunarafl margra, núverandi markaðstilboð á 6 tommu undirlagi er 4000-5000 Yuan / stykki, miðað við ársbyrjun hefur lækkað mikið, er Gert er ráð fyrir að falla niður fyrir 4000 Yuan á næsta ári, það er athyglisvert að sumir framleiðendur til að fá fyrsta markaðinn hafa lækkað söluverðið í kostnaðarlínuna fyrir neðan, opnað líkan verðstríðsins, aðallega einbeitt í kísilkarbíð undirlaginu framboð hefur verið tiltölulega nægilegt á lágspennusviðinu, innlendir og erlendir framleiðendur eru að auka framleiðslugetu harðlega eða láta kísilkarbíð undirlagið offramboð stig fyrr en ímyndað var.
Birtingartími: 19-jan-2024