Kynning á kísilkarbíði
Kísillkarbíð (SiC) er samsett hálfleiðaraefni úr kolefni og kísli, sem er eitt af kjörnum efnum til að búa til háhita-, hátíðni-, háafls- og háspennutæki. Í samanburði við hefðbundið kísillefni (Si) er bandbil kísillkarbíðs þrisvar sinnum stærra en kísils. Varmaleiðni þess er 4-5 sinnum meiri en kísill; bilunarspennan er 8-10 sinnum meiri en kísill; rafeindamettunardrift er 2-3 sinnum meiri en kísill, sem uppfyllir þarfir nútíma iðnaðar fyrir háafl, háspennu og hátíðni. Það er aðallega notað til framleiðslu á háhraða, hátíðni, háafls- og ljósgeislandi rafeindaíhlutum. Notkunarsviðin eru meðal annars snjallnet, ný orkutæki, sólarorkuframleiðsla, 5G samskipti o.s.frv. Kísilkarbíðdíóður og MOSFET hafa verið notaðar í atvinnuskyni.
Háhitaþol. Bandbilsbreidd kísils karbíðs er 2-3 sinnum meiri en hjá kísill, rafeindirnar flytjast ekki auðveldlega við hátt hitastig og þær þola hærra rekstrarhita og varmaleiðni kísils karbíðs er 4-5 sinnum meiri en hjá kísill, sem gerir varmaleiðni tækisins auðveldari og rekstrarhitastigið hærra. Háhitaþolið getur aukið aflþéttleika verulega og dregið úr kröfum um kælikerfið, sem gerir tengipunktinn léttari og minni.
Þolir háan þrýsting. Rafsviðsstyrkur kísillkarbíðs er tífalt meiri en kísill, sem þolir hærri spennu og hentar betur fyrir háspennutæki.
Hátíðniþol. Kísillkarbíð hefur mettað rafeindadrift sem er tvöfalt hærri en kísill, sem leiðir til þess að straumur heldur ekki aftur af við lokunarferlið, sem getur á áhrifaríkan hátt bætt rofatíðni tækisins og gert það að verkum að það er smækkað.
Lítið orkutap. Kísilkarbíð hefur mjög lágt kveikiþol og lágt kveikitap í samanburði við kísilefni. Á sama tíma dregur mikil bandbilsbreidd kísilkarbíðs verulega úr lekastraumi og orkutapi. Að auki eru engin straumslök í kísilkarbíðbúnaðinum við lokunarferlið og roftapið er lágt.
Kísilkarbíð iðnaðarkeðja
Það felur aðallega í sér undirlag, epitaxíu, hönnun tækja, framleiðslu, þéttingu og svo framvegis. Kísilkarbíð frá efninu til hálfleiðaraafltækisins mun gangast undir einkristallavöxt, sneiðingu á stöngum, epitaxíuvöxt, hönnun á skífum, framleiðslu, pökkun og önnur ferli. Eftir myndun kísilkarbíðduftsins er fyrst kísilkarbíðstöngin búin til, og síðan er kísilkarbíðundirlagið fengið með sneiðingu, slípun og fægingu, og epitaxísk plata er fengin með epitaxísk vöxt. Epitaxísk skífan er gerð úr kísilkarbíði með steinritun, etsun, jónígræðslu, málmþolun og öðrum ferlum, skífan er skorin í form, tækið er pakkað og tækið er sameinað í sérstaka skel og sett saman í einingu.
Uppstreymis iðnaðarkeðjunnar 1: undirlag - kristalvöxtur er kjarninn í ferlinu
Kísilkarbíð undirlag nemur um 47% af kostnaði við kísilkarbíð tæki, sem er hæsta tæknilega hindrunin í framleiðslu og stærsta verðmætið, og er kjarninn í framtíðar stórfelldri iðnvæðingu SiC.
Frá sjónarhóli mismunandi rafefnafræðilegra eiginleika má skipta kísilkarbíð undirlagsefnum í leiðandi undirlag (viðnámssvið 15~30mΩ·cm) og hálfeinangruð undirlag (viðnám hærra en 105Ω·cm). Þessar tvær gerðir undirlaga eru notaðar til að framleiða staka tæki eins og aflgjafa og útvarpsbylgjutæki eftir epitaxial vöxt. Meðal þeirra er hálfeinangrað kísilkarbíð undirlag aðallega notað við framleiðslu á gallíumnítríð RF tækjum, ljósrafbúnaði og svo framvegis. Með því að rækta gan epitaxial lag á hálfeinangrað SIC undirlag er SIC epitaxial plata búin til, sem hægt er að búa til frekar HEMT gan ísó-nítríð RF tæki. Leiðandi kísilkarbíð undirlag er aðallega notað við framleiðslu á aflgjöfum. Ólíkt hefðbundnu framleiðsluferli kísilorkubúnaðar er ekki hægt að framleiða kísilkarbíðorkubúnaðinn beint á kísilkarbíð undirlagið. Til að fá kísilkarbíð epitaxial lagið þarf að rækta kísilkarbíð epitaxial lagið á leiðandi undirlaginu og epitaxial lagið er framleitt á Schottky díóðum, MOSFET, IGBT og öðrum orkutækjum.
Kísilkarbíðduft var búið til úr hágæða kolefnisdufti og hágæða kísildufti, og mismunandi stærðir af kísilkarbíðstöngum voru ræktaðar við sérstök hitastig, og síðan var kísilkarbíð undirlag framleitt með mörgum vinnsluferlum. Kjarnaferlið felur í sér:
Hráefnismyndun: Hreint kísildufti + tóner er blandað saman samkvæmt formúlunni og viðbrögðin framkvæmd í viðbragðsklefanum við háan hita yfir 2000°C til að mynda kísildarkarbíð agnir með tiltekinni kristalgerð og agnastærð. Síðan fara þær í gegnum mulning, sigtun, hreinsun og aðrar aðferðir til að uppfylla kröfur um hreint kísildarkarbíð duft hráefni.
Kristallavöxtur er kjarnaferlið í framleiðslu á kísilkarbíði undirlagi, sem ákvarðar rafmagnseiginleika kísilkarbíði undirlagsins. Sem stendur eru helstu aðferðirnar við kristallavöxt efnislegur gufuflutningur (PVT), efnafræðileg gufuútfelling við háan hita (HT-CVD) og vökvafasaepitaxía (LPE). Meðal þeirra er PVT aðferðin algengasta aðferðin fyrir viðskiptalega vöxt SiC undirlags um þessar mundir, með hæsta tæknilega þroska og mest notaða í verkfræði.
Undirbúningur SiC undirlags er erfiður, sem leiðir til hátt verðs.
Hitasviðsstýring er erfið: Vöxtur Si kristalstanga þarf aðeins 1500℃, en SiC kristalstangir þurfa að ræktast við hátt hitastig yfir 2000℃, og það eru meira en 250 SiC ísómerar, en ef ekki er nákvæm stýring á aðal 4H-SiC einkristallsbyggingunni fyrir framleiðslu á aflgjöfum, mun hún fá aðrar kristalbyggingar. Að auki ákvarðar hitastigshalla í deiglunum hraða SiC sublimations flutnings og uppröðun og vaxtarháttur gaskenndra atóma á kristalsviðinu, sem hefur áhrif á vaxtarhraða kristalsins og gæði kristalsins, þannig að nauðsynlegt er að mynda kerfisbundna hitasviðsstýringartækni. Í samanburði við Si efni er munurinn á SiC framleiðslu einnig í háhitaferlum eins og háhitajónígræðslu, háhitaoxun, háhitavirkjun og hörðum grímuferlum sem þessi háhitaferli krefjast.
Hægur kristallavöxtur: Vaxtarhraði Si kristalstanga getur náð 30 ~ 150 mm/klst. og framleiðsla á 1-3 m kísilkristallstöngum tekur aðeins um 1 dag; til dæmis með PVT aðferð er vaxtarhraðinn fyrir SiC kristalstangir um 0,2-0,4 mm/klst., vöxtur tekur 7 daga innan við 3-6 cm, vaxtarhraðinn er minni en 1% af kísilefninu og framleiðslugetan er afar takmörkuð.
Háir afurðarbreytur og lágt afköst: Kjarnabreytur SiC undirlags eru meðal annars örpíplaþéttleiki, tilfærsluþéttleiki, viðnám, aflögun, yfirborðsgrófleiki o.s.frv. Það er flókið kerfisverkfræðiverk að raða atómum í lokuðu háhitahólfi og ljúka kristalvexti, en stjórna breytuvísitölum.
Efnið hefur mikla hörku, mikla brothættni, langan skurðartíma og mikið slit: Mohs hörku SiC upp á 9,25 er næst á eftir demöntum, sem leiðir til verulegrar aukningar á erfiðleikum við skurð, slípun og fægingu, og það tekur um 120 klukkustundir að skera 35-40 stykki af 3 cm þykkum stöng. Að auki, vegna mikillar brothættni SiC, verður slitið við vinnslu á skífum meira og framleiðsluhlutfallið er aðeins um 60%.
Þróunarþróun: Stærðaraukning + verðlækkun
Heimsmarkaðurinn fyrir 6 tommu framleiðslulínur fyrir SiC er að þroskast og leiðandi fyrirtæki hafa komið inn á 8 tommu markaðinn. Innlend þróunarverkefni snúast aðallega um 6 tommur. Þó að flest innlend fyrirtæki byggi enn á 4 tommu framleiðslulínum, þá er iðnaðurinn smám saman að stækka í 6 tommur. Með þroska 6 tommu stuðningsbúnaðartækni er innlend SiC undirlagstækni einnig smám saman að bæta. Hagkvæmni stórra framleiðslulína mun endurspeglast og núverandi tímabil fyrir fjöldaframleiðslu á 6 tommu innlendum framleiðslulínum hefur minnkað í 7 ár. Stærri stærð skífna getur leitt til aukningar á fjölda einstakra flísar, bætt afköst og dregið úr hlutfalli brúnflísa, og kostnaður við rannsóknir og þróun og afköstatap verður haldið í um 7%, sem bætir nýtingu skífna.
Það eru enn margir erfiðleikar í hönnun tækja
Markaðssetning SiC díóða hefur smám saman batnað og nú hafa fjölmargir innlendir framleiðendur hannað SiC SBD vörur. Miðlungs- og háspennu SiC SBD vörur hafa góða stöðugleika. Í OBC ökutækja er hægt að ná stöðugum straumþéttleika með því að nota SiC SBD + SI IGBT. Eins og er eru engar hindranir í einkaleyfishönnun SiC SBD vara í Kína og bilið við útlönd er lítið.
SiC MOS á enn við marga erfiðleika að stríða, það er enn bil á milli SiC MOS og erlendra framleiðenda og viðeigandi framleiðsluvettvangur er enn í byggingu. Eins og er hafa ST, Infineon, Rohm og aðrir 600-1700V SiC MOS náð fjöldaframleiðslu og hafa undirritað og sent til margra framleiðslufyrirtækja, en núverandi innlend SiC MOS hönnun er að mestu leyti lokið, fjöldi hönnunarframleiðenda vinnur með verksmiðjum á flæðistigi skífunnar og síðari staðfesting viðskiptavina tekur enn tíma, þannig að það er enn langur tími frá stórfelldri markaðssetningu.
Sem stendur er flatbygging algengasta valið og skurðgerðin verður mikið notuð á sviði háþrýstings í framtíðinni. Framleiðendur SiC MOS með flatbyggingu eru margir. Flatbyggingin veldur ekki auðveldlega staðbundnum bilunum samanborið við gróp, sem hefur áhrif á stöðugleika vinnunnar. Notkunarsvið hennar á markaði undir 1200V er fjölbreytt og flatbyggingin er tiltölulega einföld í framleiðslu, til að uppfylla kröfur um framleiðsluhæfni og kostnaðarstýringu. Grópatækið hefur kosti eins og afar lága sníkjudýraspennu, hraðan rofahraða, lítið tap og tiltölulega mikla afköst.
2 - fréttir af SiC skífum
Markaðsframleiðsla og sala á kísilkarbíði, gaum að uppbyggingu ójafnvægis milli framboðs og eftirspurnar
Með hraðri vexti markaðsþarfar fyrir hátíðni og háafls rafeindabúnað hefur flöskuháls á kísil-byggðum hálfleiðurum smám saman orðið áberandi og þriðju kynslóðar hálfleiðaraefna, sem eru kísilkarbíð (SiC), hafa smám saman orðið iðnvædd. Hvað varðar efnisafköst hefur kísilkarbíð þrefalt meiri bandbilsbreidd en kísilefni, tífalt meiri styrk rafsviðs við gagnrýna niðurbrot og þrefalt meiri varmaleiðni, þannig að kísilkarbíð rafeindabúnaður hentar fyrir hátíðni, háþrýsting, háan hita og önnur forrit, og hjálpar til við að bæta skilvirkni og aflþéttleika rafeindakerfa.
Sem stendur hafa SiC díóður og SiC MOSFET smám saman færst á markaðinn og fleiri þroskaðar vörur eru til. Þar á meðal eru SiC díóður mikið notaðar í stað kísil-díóða á sumum sviðum vegna þess að þær hafa ekki þann kost að geta endurheimt hleðsluna aftur á bak; SiC MOSFET er einnig smám saman notað í bílaiðnaði, orkugeymslu, hleðslustöðvum, sólarorku og öðrum sviðum; Á sviði bílaiðnaðar er þróun mátvæðingar sífellt áberandi og framúrskarandi afköst SiC þurfa að reiða sig á háþróaða umbúðaferli til að ná fram. Með tiltölulega þroskaðri skelþéttingu sem aðalstraumur, framtíð eða þróun plastþéttinga, eru sérsniðnar þróunareiginleikar þeirra hentugri fyrir SiC einingar.
Hraði lækkunar á verði kísillkarbíðs eða meira en ímyndunarafl
Notkun kísilkarbíðsbúnaðar er aðallega takmörkuð af háum kostnaði. Verð á SiC MOSFET er fjórum sinnum hærra en á Si-byggðum IGBT. Þetta er vegna þess að ferlið við að búa til kísilkarbíð er flókið. Vöxtur einkristalla og epitaxial er ekki aðeins umhverfisvænn, heldur einnig hægur og vinnsla einkristalla í undirlagið verður að fara í gegnum skurðar- og fægingarferli. Vegna eiginleika efnisins og óþroskaðrar vinnslutækni er afköst innlends undirlags minna en 50% og ýmsar þættir leiða til hátt verðs á undirlagi og epitaxial.
Hins vegar er kostnaðarsamsetning kísilkarbíðsbúnaðar og kísilbundinna tækja gjörólík, undirlags- og epitaxialkostnaður framhliðar er 47% og 23% af heildarkostnaði tækisins, sem nemur um 70%, hönnun, framleiðsla og þéttingartenglar tækja á bakhliðar eru aðeins 30%, framleiðslukostnaður kísilbundinna tækja er aðallega einbeittur að framleiðslu á skífum á bakhliðarnum um 50% og undirlagskostnaður er aðeins 7%. Fyrirbærið þar sem verðmæti kísilkarbíðs iðnaðarkeðjunnar er á hvolfi þýðir að framleiðendur epitaxial undirlags uppstreymis hafa kjarnarétt til að tjá sig, sem er lykillinn að skipulagi innlendra og erlendra fyrirtækja.
Frá sjónarhóli hreyfifræðinnar á markaðnum er lækkun kostnaðar við kísilkarbíð, auk þess að bæta langkristalla kísilkarbíðs og sneiðingarferlið, að auka stærð skífunnar, sem hefur einnig verið þroskuð leið í þróun hálfleiðara í fortíðinni. Gögn frá Wolfspeed sýna að með því að uppfæra kísilkarbíð undirlag úr 6 tommu í 8 tommur getur framleiðsla hæfra flísanna aukist um 80% -90% og hjálpað til við að bæta afköstin. Getur lækkað samanlagðan einingarkostnað um 50%.
Árið 2023 er þekkt sem „fyrsta árið fyrir 8 tommu SiC“. Í ár eru innlendir og erlendir framleiðendur kísilkarbíðs að flýta fyrir framleiðslu á 8 tommu kísilkarbíði. Wolfspeed fjárfesti 14,55 milljarða Bandaríkjadala í framleiðslu á kísilkarbíði, en mikilvægur hluti þess er bygging 8 tommu SiC undirlagsverksmiðju. Til að tryggja framtíðarframboð á 200 mm SiC berum málmi til fjölda fyrirtækja hafa innlendu fyrirtækin Tianyue Advanced og Tianke Heda einnig undirritað langtímasamninga við Infineon um að útvega 8 tommu kísilkarbíð undirlag í framtíðinni.
Frá og með þessu ári mun kísillkarbíð vaxa úr 6 tommum í 8 tommur. Wolfspeed spáir því að árið 2024 muni kostnaður við 8 tommu undirlag lækka um meira en 60% samanborið við kostnað við 6 tommu undirlag árið 2022, og að lækkun kostnaðar muni opna enn frekar fyrir markaðinn, samkvæmt rannsóknargögnum frá Ji Bond Consulting. Núverandi markaðshlutdeild 8 tommu vara er minni en 2% og gert er ráð fyrir að markaðshlutdeildin muni aukast í um 15% árið 2026.
Reyndar gæti verðlækkun á kísilkarbíði undirlagi farið fram úr ímyndunarafli margra. Núverandi markaðsframboð á 6 tommu undirlagi er 4000-5000 júan/stykki, samanborið við upphaf ársins hefur það lækkað verulega og búist er við að það lækki niður fyrir 4000 júan á næsta ári. Það er vert að taka fram að sumir framleiðendur hafa lækkað söluverðið niður í kostnaðarlínuna til að ná fyrsta markaðshlutdeildinni. Verðstríð hefur hafist vegna verðstríðisins, aðallega vegna þess að framboð á kísilkarbíði undirlagi hefur verið tiltölulega nægilegt á lágspennusviðinu. Innlendir og erlendir framleiðendur eru að auka framleiðslugetu sína hratt eða láta offramboð á kísilkarbíði undirlagi fara fyrr en búist var við.
Birtingartími: 19. janúar 2024