Prospek Aplikasi Substrat Silikon Karbida 12-Inci

Apakah Ciri-ciri Bahan dan Keperluan Teknikal 12-InciSubstrat Silikon Karbida?

A. Ciri-ciri Fizikal dan Kimia Asas Silikon Karbida

Salah satu ciri Silicon Carbide yang paling menonjol ialah lebar celah jalur lebarnya, kira-kira 3.26 eV untuk 4H-SiC atau 3.02 eV untuk 6H-SiC, jauh lebih tinggi daripada 1.1 eV silikon. Jurang jalur lebar ini membolehkan SiC beroperasi di bawah kekuatan medan elektrik yang sangat tinggi dan menahan haba yang ketara tanpa kerosakan atau kerosakan haba, menjadikannya bahan pilihan untuk peranti elektronik dalam persekitaran bervoltan tinggi dan suhu tinggi.

Medan Elektrik Pecahan Tinggi: Medan elektrik pecahan tinggi SiC (kira-kira 10 kali ganda berbanding silikon) membolehkannya berfungsi secara stabil di bawah voltan tinggi, mencapai ketumpatan kuasa tinggi dan kecekapan dalam sistem elektronik kuasa, terutamanya dalam kenderaan elektrik, penukar kuasa dan industri. bekalan kuasa.

Rintangan Suhu Tinggi: Kekonduksian terma yang tinggi SiC dan keupayaan untuk menahan suhu tinggi (sehingga 600°C atau lebih tinggi) menjadikannya pilihan ideal untuk peranti yang diperlukan untuk beroperasi dalam persekitaran yang melampau, terutamanya dalam industri automotif dan aeroangkasa.

Prestasi Frekuensi Tinggi: Walaupun mobiliti elektron SiC lebih rendah daripada silikon, ia masih mencukupi untuk menyokong aplikasi frekuensi tinggi. Oleh itu, SiC memainkan peranan penting dalam medan frekuensi tinggi seperti komunikasi tanpa wayar, radar dan penguat kuasa frekuensi tinggi.

Rintangan Sinaran: Rintangan sinaran kuat SiC amat ketara dalam peranti angkasa dan elektronik tenaga nuklear, di mana ia boleh menahan gangguan daripada sinaran luaran tanpa penurunan ketara prestasi bahan.

B. Petunjuk Teknikal Utama Substrat 12-Inci

Kelebihan substrat silikon karbida 12-inci (300mm) bukan sahaja ditunjukkan dalam peningkatan saiz tetapi juga dalam keperluan teknikal yang komprehensif, yang secara langsung menentukan kesukaran pembuatan dan prestasi peranti akhir.

Struktur Kristal: SiC terutamanya mempunyai dua struktur kristal biasa—4H-SiC dan 6H-SiC. 4H-SiC, dengan mobiliti elektronnya yang lebih tinggi dan kekonduksian terma yang sangat baik, lebih sesuai untuk aplikasi frekuensi tinggi dan berkuasa tinggi, manakala 6H-SiC mempunyai ketumpatan kecacatan yang lebih tinggi dan prestasi elektronik yang lebih lemah, biasanya digunakan untuk aplikasi berkuasa rendah dan frekuensi rendah. Untuk substrat 12 inci, memilih struktur kristal yang sesuai adalah penting. 4H-SiC, dengan kecacatan kristal yang lebih sedikit, lebih sesuai untuk aplikasi berkuasa tinggi frekuensi tinggi.

Kualiti Permukaan Substrat: Kualiti permukaan substrat mempunyai kesan langsung pada prestasi peranti. Kelancaran permukaan, kekasaran dan ketumpatan kecacatan semuanya perlu dikawal dengan ketat. Permukaan yang kasar bukan sahaja menjejaskan kualiti kristal peranti tetapi juga boleh menyebabkan kegagalan peranti awal. Oleh itu, meningkatkan kelicinan permukaan substrat melalui teknologi seperti Chemical Mechanical Polishing (CMP) adalah penting.

Kawalan Ketebalan dan Keseragaman: Peningkatan saiz substrat 12-inci bermakna keperluan yang lebih tinggi untuk keseragaman ketebalan dan kualiti kristal. Ketebalan yang tidak konsisten boleh menyebabkan tekanan haba yang tidak sekata, menjejaskan prestasi dan kebolehpercayaan peranti. Untuk memastikan substrat 12-inci berkualiti tinggi, pertumbuhan yang tepat dan proses pemotongan dan penggilapan seterusnya mesti digunakan untuk menjamin ketekalan ketebalan.

C. Saiz dan Kelebihan Pengeluaran Substrat 12-Inci

Apabila industri semikonduktor bergerak ke arah substrat yang lebih besar, substrat silikon karbida 12 inci menawarkan kelebihan ketara dalam kecekapan pengeluaran dan keberkesanan kos. Berbanding tradisionalSubstrat 6 inci dan 8 inci, Substrat 12-inci boleh memberikan lebih banyak pemotongan cip, meningkatkan jumlah cip yang dihasilkan setiap pengeluaran pengeluaran, sekali gus mengurangkan kos cip unit dengan ketara. Di samping itu, saiz substrat 12-inci yang lebih besar menyediakan platform yang lebih baik untuk pengeluaran litar bersepadu yang cekap, mengurangkan langkah pengeluaran berulang dan meningkatkan kecekapan pengeluaran keseluruhan.

Bagaimanakah Substrat Silikon Karbida 12-Inci Dihasilkan?

A. Teknik Pertumbuhan Kristal

Kaedah Sublimasi (PVT):

Kaedah Sublimasi (Pengangkutan Wap Fizikal, PVT) adalah salah satu teknik pertumbuhan kristal silikon karbida yang paling biasa digunakan, terutamanya sesuai untuk pengeluaran substrat silikon karbida bersaiz besar. Dalam proses ini, bahan mentah silikon karbida menjadi tinggi pada suhu tinggi, dan karbon gas dan silikon bergabung semula pada substrat panas untuk berkembang menjadi kristal. Kelebihan kaedah sublimasi termasuk ketulenan bahan yang tinggi dan kualiti kristal yang baik, sesuai untuk pengeluaran permintaan tinggiSubstrat 12 inci. Walau bagaimanapun, kaedah ini juga menghadapi beberapa cabaran, seperti kadar pertumbuhan yang perlahan dan keperluan yang tinggi untuk kawalan suhu dan atmosfera yang ketat.

Kaedah CVD (Pemendapan Wap Kimia):

Dalam proses CVD, prekursor gas (seperti SiCl₄ dan C₆H₆) terurai dan memendap ke substrat untuk membentuk filem pada suhu tinggi. Berbanding dengan PVT, kaedah CVD boleh memberikan pertumbuhan filem yang lebih seragam dan sesuai untuk pengumpulan bahan filem nipis dan kefungsian permukaan. Walaupun kaedah CVD mempunyai beberapa kesukaran dalam kawalan ketebalan, ia masih digunakan secara meluas untuk meningkatkan kualiti kristal dan keseragaman substrat.

B. Teknik Memotong dan Menggilap Substrat

Pemotongan Kristal:

Memotong substrat 12 inci daripada kristal bersaiz besar adalah teknik yang kompleks. Proses pemotongan kristal memerlukan kawalan tegasan mekanikal yang tepat untuk memastikan substrat tidak retak atau mengalami retakan mikro semasa pemotongan. Untuk meningkatkan ketepatan pemotongan, teknologi pemotongan laser sering digunakan, atau digabungkan dengan alat mekanikal ultrasonik dan ketepatan tinggi untuk meningkatkan kualiti pemotongan.

Menggilap dan Rawatan Permukaan:

Penggilapan Mekanikal Kimia (CMP) ialah teknologi utama untuk meningkatkan kualiti permukaan substrat. Proses ini menghilangkan kecacatan mikro pada permukaan substrat melalui tindakan sinergistik geseran mekanikal dan tindak balas kimia, memastikan kelicinan dan kerataan. Rawatan permukaan bukan sahaja meningkatkan kekilatan substrat tetapi juga mengurangkan kecacatan permukaan, dengan itu mengoptimumkan prestasi peranti seterusnya.

C. Kawalan Kecacatan Substrat dan Pemeriksaan Kualiti

Jenis Kecacatan:

Kecacatan biasa dalamsubstrat silikon karbidatermasuk kehelan, kecacatan kekisi, dan retakan mikro. Kecacatan ini secara langsung boleh menjejaskan prestasi elektrik dan kestabilan haba peranti. Oleh itu, adalah penting untuk mengawal dengan ketat berlakunya kecacatan ini semasa pertumbuhan substrat, pemotongan dan penggilap. Kehelan dan kecacatan kekisi biasanya berpunca daripada pertumbuhan kristal yang tidak betul atau suhu pemotongan yang berlebihan.

Penilaian Kualiti:

Untuk memastikan kualiti substrat, teknologi seperti Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Atomic Force Microscopy (AFM) biasanya digunakan untuk pemeriksaan kualiti permukaan. Selain itu, ujian prestasi elektrik (seperti kekonduksian dan mobiliti) boleh menilai lagi kualiti substrat.

Dalam Bidang Mana Substrat Silikon Karbida 12-Inci Digunakan?

A. Elektronik Kuasa dan Peranti Semikonduktor Kuasa

Substrat silikon karbida 12 inci digunakan secara meluas dalam peranti semikonduktor kuasa, terutamanya dalam MOSFET, IGBT dan diod Schottky. Peranti ini digunakan secara meluas dalam pengurusan kuasa yang cekap, bekalan kuasa industri, penukar dan kenderaan elektrik. Toleransi voltan tinggi dan ciri kehilangan pensuisan rendah peranti SiC membolehkan mereka meningkatkan kecekapan penukaran kuasa dengan ketara, mengurangkan kehilangan tenaga, dan menggalakkan pembangunan teknologi tenaga hijau.

B. Tenaga Baharu dan Kenderaan Elektrik

Dalam kenderaan elektrik, substrat silikon karbida 12 inci boleh meningkatkan kecekapan sistem pemacu elektrik dan meningkatkan kelajuan dan julat pengecasan bateri. Oleh kerana kebolehanbahan silikon karbidauntuk mengendalikan isyarat voltan tinggi dan frekuensi tinggi dengan berkesan, ia juga amat diperlukan dalam peralatan pengecasan berkelajuan tinggi di stesen pengecasan kenderaan elektrik.

C. Komunikasi 5G dan Elektronik Berfrekuensi Tinggi

Substrat silikon karbida 12 inci, dengan prestasi frekuensi tinggi yang sangat baik, digunakan secara meluas dalam stesen pangkalan 5G dan peranti RF frekuensi tinggi. Mereka boleh meningkatkan kecekapan penghantaran isyarat dengan ketara dan mengurangkan kehilangan isyarat, menyokong penghantaran data berkelajuan tinggi rangkaian 5G.

D. Sektor Tenaga

Substrat silikon karbida juga mempunyai aplikasi penting dalam medan tenaga boleh diperbaharui seperti penyongsang fotovoltaik dan penjanaan kuasa angin. Dengan meningkatkan kecekapan penukaran tenaga, peranti SiC boleh mengurangkan kehilangan tenaga dan meningkatkan kestabilan dan kebolehpercayaan peralatan grid kuasa.

Apakah Cabaran dan Masalah Substrat Silikon Karbida 12-Inci?

A. Kos Pengilangan dan Pengeluaran Berskala Besar

Kos pengeluaran 12 inciwafer silikon karbidakekal tinggi, terutamanya ditunjukkan dalam bahan mentah, pelaburan peralatan, dan penyelidikan dan pembangunan teknologi. Cara untuk menerobos cabaran teknikal pengeluaran berskala besar dan mengurangkan kos pembuatan unit adalah kunci untuk mempromosikan pempopularan teknologi silikon karbida.

B. Kecacatan Substrat dan Ketekalan Kualiti

Walaupun substrat 12 inci mempunyai kelebihan pengeluaran, kecacatan mungkin masih berlaku semasa proses pertumbuhan kristal, pemotongan dan penggilapnya, yang membawa kepada kualiti substrat yang tidak konsisten. Bagaimana untuk mengurangkan ketumpatan kecacatan dan meningkatkan konsistensi kualiti melalui teknologi inovatif adalah fokus penyelidikan masa depan.

C. Permintaan untuk Kemas Kini Peralatan dan Teknologi

Permintaan untuk peralatan pemotongan dan penggilap berketepatan tinggi semakin meningkat. Pada masa yang sama, pemeriksaan kualiti substrat yang tepat berdasarkan teknologi pengesanan baharu (seperti mikroskopi daya atom, pengimbasan pancaran elektron, dll.) adalah kunci untuk meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti produk.

Kami di Semicorex menyediakan rangkaianWafer Berkualiti Tinggidireka bentuk dengan teliti untuk memenuhi keperluan industri semikonduktor yang menuntut, jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Telefon untuk dihubungi: +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com