Quali sono le sfide della produzione di substrati di carburo di silicio?

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale che possiede un'elevata energia di legame, simile ad altri materiali duri come il diamante e il nitruro di boro cubico. Tuttavia, l’elevata energia di legame del SiC rende difficile la cristallizzazione diretta in lingotti tramite i metodi di fusione tradizionali. Pertanto, il processo di crescita dei cristalli di carburo di silicio prevede l'uso della tecnologia epitassia in fase vapore. In questo metodo, le sostanze gassose vengono gradualmente depositate sulla superficie di un substrato e cristallizzate in cristalli solidi. Il substrato svolge un ruolo fondamentale nel guidare gli atomi depositati a crescere in una specifica direzione cristallina, determinando la formazione di un wafer epitassiale con una struttura cristallina specifica.

Efficacia dei costi

Il carburo di silicio cresce molto lentamente, di solito solo circa 2 cm al mese. Nella produzione industriale, la capacità produttiva annua di un forno a crescita monocristallina è di soli 400-500 pezzi. Inoltre, il costo di un forno per la crescita dei cristalli è altrettanto elevato. Pertanto, la produzione di carburo di silicio è un processo costoso e inefficiente.

Al fine di migliorare l'efficienza produttiva e ridurre i costi, la crescita epitassiale del carburo di silicio sulsubstratoè diventata una scelta più ragionevole. Questo metodo può raggiungere la produzione di massa. Rispetto al taglio direttolingotti di carburo di silicio, la tecnologia epitassiale può soddisfare in modo più efficace le esigenze della produzione industriale, migliorando così la competitività sul mercato dei materiali in carburo di silicio.

Difficoltà di taglio

Il carburo di silicio (SiC) non solo cresce lentamente, con conseguenti costi più elevati, ma è anche molto duro, rendendo il processo di taglio più difficile. Quando si utilizza il filo diamantato per tagliare il carburo di silicio, la velocità di taglio sarà più lenta, il taglio sarà più irregolare ed è facile lasciare crepe sulla superficie del carburo di silicio. Inoltre, i materiali con elevata durezza Mohs tendono ad essere più fragiliwafer al carburo di siliciohanno maggiori probabilità di rompersi durante il taglio rispetto ai wafer di silicio. Questi fattori determinano il costo del materiale relativamente elevatowafer di carburo di silicio. Pertanto, alcune case automobilistiche, come Tesla, che inizialmente prendono in considerazione modelli che utilizzano materiali in carburo di silicio, potrebbero infine scegliere altre opzioni per ridurre il costo dell’intero veicolo.

Qualità del cristallo

CrescendoWafer epitassiali SiCsul substrato, la qualità dei cristalli e la corrispondenza del reticolo possono essere controllati efficacemente. La struttura cristallina del substrato influenzerà la qualità dei cristalli e la densità dei difetti del wafer epitassiale, migliorando così le prestazioni e la stabilità dei materiali SiC. Questo approccio consente la produzione di cristalli SiC con qualità più elevata e meno difetti, migliorando così le prestazioni del dispositivo finale.

Regolazione della tensione

La corrispondenza del reticolo tra isubstratoe ilwafer epitassialeha un'influenza importante sullo stato di deformazione del materiale SiC. Regolando questa corrispondenza, la struttura elettronica e le proprietà ottiche delWafer epitassiale SiCpossono essere modificati, avendo così un impatto importante sulle prestazioni e sulla funzionalità del dispositivo. Questa tecnologia di regolazione della deformazione è uno dei fattori chiave per migliorare le prestazioni dei dispositivi SiC.

Controllare le proprietà dei materiali

Mediante epitassia del SiC su diversi tipi di substrati, è possibile ottenere la crescita del SiC con diversi orientamenti dei cristalli, ottenendo così cristalli di SiC con specifiche direzioni del piano cristallino. Questo approccio consente di personalizzare le proprietà dei materiali SiC per soddisfare le esigenze di diverse aree di applicazione. Per esempio,Wafer epitassiali SiCpuò essere coltivato su substrati 4H-SiC o 6H-SiC per ottenere proprietà elettroniche e ottiche specifiche per soddisfare diverse esigenze applicative tecniche e industriali.