Anvendelsesmulighederne for 12-tommer siliciumcarbidsubstrater

Hvad er materialets egenskaber og tekniske krav for 12-tommerSiliciumcarbidsubstrater?

A. Grundlæggende fysiske og kemiske egenskaber af siliciumcarbid

En af Siliciumcarbids mest fremtrædende egenskaber er dens brede båndgab-bredde, cirka 3,26 eV for 4H-SiC eller 3,02 eV for 6H-SiC, betydeligt højere end siliciums 1,1 eV. Dette brede båndgab gør det muligt for SiC at fungere under ekstremt høje elektriske feltstyrker og modstå betydelig varme uden termisk sammenbrud eller sammenbrud, hvilket gør det til det foretrukne materiale til elektroniske enheder i højspændings- og højtemperaturmiljøer.

Elektrisk felt med høj nedbrydning: SiC's elektriske felt med høj nedbrydning (ca. 10 gange større end silicium) gør det muligt for det at arbejde stabilt under højspænding, hvilket opnår høj effekttæthed og effektivitet i kraftelektroniske systemer, især i elektriske køretøjer, strømomformere og industri strømforsyninger.

Højtemperaturmodstand: SiC's høje termiske ledningsevne og evne til at modstå høje temperaturer (op til 600°C eller højere) gør det til et ideelt valg til enheder, der skal fungere i ekstreme miljøer, især i bil- og rumfartsindustrien.

Højfrekvent ydeevne: Selvom SiC's elektronmobilitet er lavere end silicium, er den stadig tilstrækkelig til at understøtte højfrekvente applikationer. Derfor spiller SiC en afgørende rolle i højfrekvente felter som trådløs kommunikation, radar og højfrekvente effektforstærkere.

Strålingsmodstand: SiC's stærke strålingsmodstand er især tydelig i rumenheder og atomenergielektronik, hvor den kan modstå interferens fra ekstern stråling uden væsentlig forringelse af materialets ydeevne.

B. Tekniske nøgleindikatorer for 12-tommers substrater

Fordelene ved 12-tommer (300 mm) siliciumcarbid-substrater afspejles ikke kun i stigningen i størrelse, men også i deres omfattende tekniske krav, som direkte bestemmer produktionsvanskeligheden og ydeevnen af ​​de endelige enheder.

Krystalstruktur: SiC har hovedsageligt to fælles krystalstrukturer—4H-SiC og 6H-SiC. 4H-SiC, med sin højere elektronmobilitet og fremragende termiske ledningsevne, er mere velegnet til højfrekvente og højeffektapplikationer, mens 6H-SiC har en højere defekttæthed og dårligere elektronisk ydeevne, typisk brugt til lav-effekt, lavfrekvente applikationer. For 12-tommer substrater er det afgørende at vælge den passende krystalstruktur. 4H-SiC, med færre krystaldefekter, er mere velegnet til højfrekvente applikationer med høj effekt.

Underlagets overfladekvalitet: Overfladekvaliteten af ​​substratet har en direkte indflydelse på enhedens ydeevne. Overfladeglathed, ruhed og defektdensitet skal alle kontrolleres nøje. En ru overflade påvirker ikke kun enhedens krystallinske kvalitet, men kan også føre til tidlig enhedsfejl. Derfor er det afgørende at forbedre underlagets overfladeglathed gennem teknologier som Chemical Mechanical Polishing (CMP).

Tykkelses- og ensartethedskontrol: Den øgede størrelse af 12-tommers substrater betyder højere krav til tykkelsesensartethed og krystalkvalitet. Inkonsekvent tykkelse kan føre til ujævn termisk stress, hvilket påvirker enhedens ydeevne og pålidelighed. For at sikre 12-tommers substrater af høj kvalitet skal der anvendes præcis vækst og efterfølgende skære- og poleringsprocesser for at sikre tykkelseskonsistens.

C. Størrelse og produktionsfordele ved 12-tommers substrater

Efterhånden som halvlederindustrien bevæger sig mod større substrater, tilbyder 12-tommer siliciumcarbid substrater betydelige fordele i produktionseffektivitet og omkostningseffektivitet. Sammenlignet med traditionelle6-tommer og 8-tommer underlag, 12-tommers substrater kan give flere spånudskæringer, hvilket i høj grad øger antallet af spåner, der produceres pr. produktionskørsel, og derved reducerer enhedschipomkostningerne betydeligt. Derudover giver den større størrelse af 12-tommer substrater en bedre platform for effektiv produktion af integrerede kredsløb, hvilket reducerer gentagne produktionstrin og forbedrer den samlede produktionseffektivitet.

Hvordan fremstilles 12-tommer siliciumcarbidsubstrater?

A. Krystalvækstteknikker

Sublimeringsmetode (PVT):

Sublimeringsmetoden (Physical Vapor Transport, PVT) er en af ​​de mest almindeligt anvendte siliciumcarbid krystalvækstteknikker, især velegnet til produktion af siliciumcarbidsubstrater i stor størrelse. I denne proces sublimerer siliciumcarbidråmaterialer ved høje temperaturer, og det gasformige kulstof og silicium rekombinerer på det varme substrat for at vokse til krystaller. Fordelene ved sublimeringsmetoden inkluderer høj materialerenhed og god krystalkvalitet, velegnet til produktion af høj efterspørgsel12-tommer underlag. Denne metode står dog også over for nogle udfordringer, såsom langsomme væksthastigheder og høje krav til streng kontrol af temperatur og atmosfære.

CVD-metode (kemisk dampaflejring):

I CVD-processen nedbrydes gasformige forstadier (såsom SiCl4 og C₆H6) og aflejres på substratet for at danne en film ved høje temperaturer. Sammenlignet med PVT kan CVD-metoden give mere ensartet filmvækst og er velegnet til akkumulering af tyndfilmsmaterialer og overfladefunktionalisering. Selvom CVD-metoden har nogle vanskeligheder med tykkelseskontrol, er den stadig meget brugt til at forbedre krystalkvaliteten og substratens ensartethed.

B. Underlagsskære- og poleringsteknikker

Krystalskæring:

Skæring af 12-tommer substrater fra store krystaller er en kompleks teknik. Krystalskæringsprocessen kræver præcis kontrol af mekanisk belastning for at sikre, at underlaget ikke revner eller udvikler mikrorevner under skæring. For at forbedre skærenøjagtigheden bruges laserskæreteknologi ofte eller kombineret med ultralyds- og højpræcisionsmekaniske værktøjer for at forbedre skærekvaliteten.

Polering og overfladebehandling:

Chemical Mechanical Polishing (CMP) er en nøgleteknologi til forbedring af underlagets overfladekvalitet. Denne proces fjerner mikrodefekter på substratoverfladen gennem den synergistiske virkning af mekanisk friktion og kemiske reaktioner, hvilket sikrer glathed og fladhed. Overfladebehandling forbedrer ikke kun underlagets glans, men reducerer også overfladefejl og optimerer derved ydeevnen af ​​efterfølgende enheder.

C. Underlagsfejlkontrol og kvalitetsinspektion

Defekttyper:

Almindelige mangler vedsiliciumcarbid substrateromfatter dislokationer, gitterdefekter og mikrorevner. Disse defekter kan direkte påvirke enhedernes elektriske ydeevne og termiske stabilitet. Derfor er det vigtigt nøje at kontrollere forekomsten af ​​disse defekter under substratvækst, skæring og polering. Dislokationer og gitterdefekter stammer normalt fra forkert krystalvækst eller for høje skæretemperaturer.

Kvalitetsvurdering:

For at sikre substratkvalitet er teknologier såsom scanningselektronmikroskopi (SEM) og atomkraftmikroskopi (AFM) almindeligvis brugt til overfladekvalitetsinspektion. Derudover kan elektriske ydeevnetest (såsom ledningsevne og mobilitet) yderligere vurdere substratkvaliteten.

På hvilke områder anvendes 12-tommer siliciumcarbidsubstrater?

A. Power Electronics og Power Semiconductor Devices

12-tommer siliciumcarbidsubstrater er meget udbredt i effekthalvlederenheder, især i MOSFET'er, IGBT'er og Schottky-dioder. Disse enheder anvendes i vid udstrækning i effektiv strømstyring, industrielle strømforsyninger, omformere og elektriske køretøjer. SiC-enhedernes højspændingstolerance og lave switchtabsegenskaber gør det muligt for dem at forbedre effektkonverteringseffektiviteten betydeligt, reducere energitab og fremme udviklingen af ​​grønne energiteknologier.

B. Ny energi og elektriske køretøjer

I elektriske køretøjer kan 12-tommer siliciumcarbidsubstrater øge effektiviteten af ​​elektriske drivsystemer og forbedre batteriets opladningshastighed og rækkevidde. På grund af evnen tilsiliciumcarbidmaterialerfor effektivt at håndtere højspændings- og højfrekvente signaler er de også uundværlige i højhastighedsladeudstyr på ladestationer til elektriske køretøjer.

C. 5G-kommunikation og højfrekvent elektronik

12-tommer siliciumcarbidsubstrater, med deres fremragende højfrekvente ydeevne, er meget udbredt i 5G-basestationer og højfrekvente RF-enheder. De kan forbedre signaltransmissionseffektiviteten betydeligt og reducere signaltab, hvilket understøtter højhastighedsdatatransmission af 5G-netværk.

D. Energisektoren

Siliciumcarbidsubstrater har også vigtige anvendelser inden for vedvarende energiområder, såsom fotovoltaiske invertere og vindkraftproduktion. Ved at forbedre energikonverteringseffektiviteten kan SiC-enheder reducere energitab og forbedre stabiliteten og pålideligheden af ​​elnetudstyr.

Hvad er udfordringerne og flaskehalse ved 12-tommer siliciumcarbidsubstrater?

A. Fremstillingsomkostninger og storskalaproduktion

Produktionsomkostningerne på 12-tommersiliciumcarbid waferser fortsat høj, hovedsageligt afspejlet i råmaterialer, udstyrsinvesteringer og teknologisk forskning og udvikling. Det er nøglen til at fremme populariseringen af ​​siliciumcarbidteknologi, hvordan man kan bryde igennem de tekniske udfordringer ved storproduktion og reducere enhedsproduktionsomkostningerne.

B. Underlagsfejl og kvalitetskonsistens

Selvom 12-tommer substrater har produktionsfordele, kan der stadig opstå defekter under deres krystalvækst, skære- og poleringsprocesser, hvilket fører til inkonsekvent substratkvalitet. Hvordan man kan reducere defekttætheden og forbedre kvalitetskonsistensen gennem innovative teknologier er et fokus for fremtidig forskning.

C. Efterspørgsel efter udstyr og teknologiopdateringer

Efterspørgslen efter højpræcisionsskære- og poleringsudstyr er stigende. Samtidig er præcis kvalitetsinspektion af substrater baseret på nye detektionsteknologier (såsom atomkraftmikroskopi, elektronstrålescanning osv.) nøglen til at forbedre produktionseffektiviteten og produktkvaliteten.

Vi hos Semicorex leverer en række afHøjkvalitets wafersomhyggeligt udviklet til at imødekomme de krævende krav fra halvlederindustrien, hvis du har spørgsmål eller har brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com