Hvad er udfordringerne ved fremstilling af SiC-substrater?

Efterhånden som halvlederteknologien itererer og opgraderes mod højere frekvenser, højere temperaturer, højere effekt og lavere tab, skiller siliciumcarbid sig ud som det førende tredjegenerations halvledermateriale, der gradvist erstatter konventionelle siliciumsubstrater. Siliciumcarbidsubstrater tilbyder tydelige fordele, såsom et bredere båndgab, højere termisk ledningsevne, overlegen kritisk elektrisk feltstyrke og højere elektronmobilitet, hvilket bliver den ideelle mulighed for højtydende, højeffekt- og højfrekvente enheder i banebrydende felter såsom NEV'er, 5G-kommunikation, fotovoltaiske og rumfartskommunikation.

Udfordringer ved fremstilling af højkvalitets siliciumcarbidsubstrater

Fremstilling og forarbejdning af højkvalitets siliciumcarbidsubstrater involverer ekstremt høje tekniske barrierer. Adskillige udfordringer fortsætter på tværs af hele processen, fra forberedelse af råmaterialer til fremstilling af færdige produkter, hvilket er blevet en afgørende faktor, der begrænser dens store anvendelse og industrielle opgradering.

1. Råstofsyntese-udfordringer

De grundlæggende råmaterialer til siliciumcarbid-enkeltkrystalvækst er kulstofpulver og siliciumpulver. De er modtagelige for kontaminering af miljømæssige urenheder under deres syntese, og det er vanskeligt at fjerne disse urenheder. Disse urenheder påvirker negativt nedstrøms SiC-krystalkvalitet. Desuden kan ufuldstændig reaktion mellem siliciumpulveret og kulstofpulveret nemt forårsage en ubalance i Si/C-forholdet, hvilket kompromitterer stabiliteten af ​​krystalstrukturen. Den præcise regulering af krystalformen og partikelstørrelsen i det syntetiserede SiC-pulver kræver stringent eftersyntesebehandling, hvilket hæver den tekniske barriere for råmaterialeforberedelse.

2. Krystalvækstudfordringer

Væksten af ​​siliciumcarbidkrystal kræver temperaturer, der overstiger 2300 ℃, hvilket stiller strenge krav til højtemperaturmodstanden og termisk kontrolpræcision af halvlederudstyr. Til forskel fra monokrystallinsk silicium udviser siliciumcarbid ekstremt langsomme væksthastigheder. For eksempel ved hjælp af PVT-metoden kan der kun dyrkes 2 til 6 centimeter siliciumcarbidkrystal på syv dage. Dette resulterer i lav produktionseffektivitet for siliciumcarbidsubstrater, hvilket i høj grad begrænser den samlede produktionskapacitet.  Ydermere har siliciumcarbid over 200 krystalstrukturtyper, hvor kun få strukturtyper som 4H-SiC er anvendelige. Derfor er streng kontrol af parametre afgørende for at undgå polymorfe indeslutninger og sikre produktkvalitet.

3. Krystalbehandlingsudfordringer

Siden hårdheden af ​​siliciumcarbid kun er næst efter diamant, hvilket i høj grad øger sværhedsgraden ved skæring. Under udskæringsprocessen opstår der betydeligt skæretab, hvor tabsraten når omkring 40 %, hvilket resulterer i ekstremt lav materialeudnyttelseseffektivitet. På grund af dets lave brudsejhed er siliciumcarbid tilbøjelig til at revne og kanter under fortyndingsbehandling. Desuden stiller efterfølgende halvlederfremstillingsprocesser ekstremt strenge krav til bearbejdningspræcisionen og overfladekvaliteten af ​​siliciumcarbidsubstrater, især med hensyn til overfladeruhed, fladhed og vridning. Dette giver betydelige håndteringsudfordringer for udtynding, slibning og polering af siliciumcarbidsubstrater.

Semicorex tilbydersiliciumcarbid substrateri forskellige størrelser og kvaliteter. Du er velkommen til at kontakte os med spørgsmål eller for yderligere detaljer.

Tlf.: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com