Le prospettive di applicazione dei substrati in carburo di silicio da 12 pollici

Quali sono le caratteristiche dei materiali e i requisiti tecnici del monitor da 12 pollici?Substrati di carburo di silicio?

A. Caratteristiche fisiche e chimiche di base del carburo di silicio

Una delle caratteristiche più importanti del carburo di silicio è l'ampia larghezza di banda proibita, circa 3,26 eV per 4H-SiC o 3,02 eV per 6H-SiC, significativamente superiore a 1,1 eV del silicio. Questo ampio intervallo di banda consente al SiC di funzionare con intensità di campo elettrico estremamente elevate e di resistere a un calore significativo senza cedimento o guasto termico, rendendolo il materiale preferito per i dispositivi elettronici in ambienti ad alta tensione e alta temperatura.

Campo elettrico ad alta rottura: il campo elettrico ad alta rottura del SiC (circa 10 volte quello del silicio) gli consente di funzionare stabilmente ad alta tensione, raggiungendo un'elevata densità di potenza ed efficienza nei sistemi elettronici di potenza, in particolare nei veicoli elettrici, convertitori di potenza e applicazioni industriali. alimentatori.

Resistenza alle alte temperature: l'elevata conduttività termica del SiC e la capacità di resistere alle alte temperature (fino a 600°C o superiori) lo rendono la scelta ideale per i dispositivi necessari per operare in ambienti estremi, in particolare nei settori automobilistico e aerospaziale.

Prestazioni ad alta frequenza: sebbene la mobilità degli elettroni del SiC sia inferiore a quella del silicio, è comunque sufficiente per supportare applicazioni ad alta frequenza. Pertanto, il SiC svolge un ruolo cruciale nei campi ad alta frequenza come la comunicazione wireless, i radar e gli amplificatori di potenza ad alta frequenza.

Resistenza alle radiazioni: la forte resistenza alle radiazioni del SiC è particolarmente evidente nei dispositivi spaziali e nell'elettronica dell'energia nucleare, dove può resistere alle interferenze delle radiazioni esterne senza un significativo degrado delle prestazioni del materiale.

B. Indicatori tecnici chiave dei substrati da 12 pollici

I vantaggi dei substrati in carburo di silicio da 12 pollici (300 mm) non si riflettono solo nell'aumento delle dimensioni ma anche nei requisiti tecnici complessivi, che determinano direttamente la difficoltà di produzione e le prestazioni dei dispositivi finali.

Struttura cristallina: il SiC ha principalmente due strutture cristalline comuni:4H-SiC e 6H-SiC. 4H-SiC, con la sua maggiore mobilità elettronica e l'eccellente conduttività termica, è più adatto per applicazioni ad alta frequenza e alta potenza, mentre il 6H-SiC ha una densità di difetti più elevata e prestazioni elettroniche inferiori, tipicamente utilizzato per applicazioni a bassa potenza e bassa frequenza. Per i substrati da 12 pollici, la scelta della struttura cristallina appropriata è fondamentale. Il 4H-SiC, con meno difetti cristallini, è più adatto per applicazioni ad alta frequenza e alta potenza.

Qualità della superficie del substrato: la qualità della superficie del substrato ha un impatto diretto sulle prestazioni del dispositivo. La levigatezza della superficie, la ruvidità e la densità dei difetti devono essere tutte rigorosamente controllate. Una superficie ruvida non solo compromette la qualità cristallina del dispositivo, ma può anche portare a guasti prematuri del dispositivo. Pertanto, è fondamentale migliorare la levigatezza della superficie del substrato attraverso tecnologie come la lucidatura chimico-meccanica (CMP).

Controllo di spessore e uniformità: la maggiore dimensione dei substrati da 12 pollici comporta requisiti più elevati di uniformità di spessore e qualità dei cristalli. Uno spessore incoerente può portare a uno stress termico irregolare, influenzando le prestazioni e l'affidabilità del dispositivo. Per garantire substrati da 12 pollici di alta qualità, è necessario impiegare una crescita precisa e successivi processi di taglio e lucidatura per garantire la consistenza dello spessore.

C. Dimensioni e vantaggi produttivi dei substrati da 12 pollici

Mentre l'industria dei semiconduttori si sposta verso substrati più grandi, i substrati in carburo di silicio da 12 pollici offrono vantaggi significativi in ​​termini di efficienza produttiva ed efficienza dei costi. Rispetto al tradizionaleSubstrati da 6 pollici e 8 pollici, i substrati da 12 pollici possono fornire più tagli di chip, aumentando notevolmente il numero di chip prodotti per ciclo di produzione, riducendo così in modo significativo il costo unitario del chip. Inoltre, le dimensioni maggiori dei substrati da 12 pollici forniscono una piattaforma migliore per la produzione efficiente di circuiti integrati, riducendo le fasi di produzione ripetitive e migliorando l’efficienza complessiva della produzione.

Come vengono prodotti i substrati in carburo di silicio da 12 pollici?

A. Tecniche di crescita dei cristalli

Metodo di sublimazione (PVT):

Il metodo di sublimazione (Physical Vapor Transport, PVT) è una delle tecniche di crescita dei cristalli di carburo di silicio più comunemente utilizzate, particolarmente adatta per la produzione di substrati di carburo di silicio di grandi dimensioni. In questo processo, le materie prime di carburo di silicio sublimano ad alte temperature e il carbonio gassoso e il silicio si ricombinano sul substrato caldo per crescere in cristalli. I vantaggi del metodo di sublimazione includono l'elevata purezza del materiale e la buona qualità dei cristalli, adatti alla produzione di prodotti ad alta richiestaSubstrati da 12 pollici. Tuttavia, questo metodo deve affrontare anche alcune sfide, come tassi di crescita lenti e requisiti elevati per un controllo rigoroso della temperatura e dell’atmosfera.

Metodo CVD (deposizione chimica da vapore):

Nel processo CVD, i precursori gassosi (come SiCl₄ e C₆H₆) si decompongono e si depositano sul substrato per formare una pellicola ad alte temperature. Rispetto al PVT, il metodo CVD può fornire una crescita del film più uniforme ed è adatto per l'accumulo di materiali a film sottile e per la funzionalizzazione della superficie. Sebbene il metodo CVD presenti alcune difficoltà nel controllo dello spessore, è ancora ampiamente utilizzato per migliorare la qualità dei cristalli e l’uniformità del substrato.

B. Tecniche di taglio e lucidatura del substrato

Taglio del cristallo:

Tagliare substrati da 12 pollici da cristalli di grandi dimensioni è una tecnica complessa. Il processo di taglio del cristallo richiede un controllo preciso delle sollecitazioni meccaniche per garantire che il substrato non si crepi o sviluppi microfessure durante il taglio. Per migliorare la precisione del taglio, viene spesso utilizzata la tecnologia di taglio laser o combinata con strumenti meccanici ad ultrasuoni e ad alta precisione per migliorare la qualità del taglio.

Lucidatura e trattamento superficiale:

La lucidatura chimico-meccanica (CMP) è una tecnologia chiave per migliorare la qualità della superficie del substrato. Questo processo rimuove i microdifetti presenti sulla superficie del supporto attraverso l'azione sinergica dell'attrito meccanico e delle reazioni chimiche, garantendo levigatezza e planarità. Il trattamento superficiale non solo migliora la lucentezza del substrato ma riduce anche i difetti superficiali, ottimizzando così le prestazioni dei dispositivi successivi.

C. Controllo dei difetti del substrato e ispezione della qualità

Tipi di difetti:

Difetti comuni nelsubstrati di carburo di silicioincludono dislocazioni, difetti reticolari e microfessure. Questi difetti possono influenzare direttamente le prestazioni elettriche e la stabilità termica dei dispositivi. Pertanto, è essenziale controllare rigorosamente la comparsa di questi difetti durante la crescita, il taglio e la lucidatura del substrato. Dislocazioni e difetti reticolari di solito hanno origine da una crescita impropria dei cristalli o da temperature di taglio eccessive.

Valutazione della qualità:

Per garantire la qualità del substrato, tecnologie come la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la microscopia a forza atomica (AFM) sono comunemente utilizzate per l'ispezione della qualità della superficie. Inoltre, i test sulle prestazioni elettriche (come conduttività e mobilità) possono valutare ulteriormente la qualità del substrato.

In quali campi vengono applicati i substrati in carburo di silicio da 12 pollici?

A. Elettronica di potenza e dispositivi a semiconduttore di potenza

I substrati in carburo di silicio da 12 pollici sono ampiamente utilizzati nei dispositivi a semiconduttore di potenza, in particolare nei MOSFET, negli IGBT e nei diodi Schottky. Questi dispositivi trovano ampia applicazione nella gestione efficiente dell'energia, negli alimentatori industriali, nei convertitori e nei veicoli elettrici. La tolleranza all'alta tensione e le caratteristiche di bassa perdita di commutazione dei dispositivi SiC consentono loro di migliorare significativamente l'efficienza di conversione di potenza, ridurre la perdita di energia e promuovere lo sviluppo di tecnologie energetiche verdi.

B. Nuova energia e veicoli elettrici

Nei veicoli elettrici, i substrati in carburo di silicio da 12 pollici possono migliorare l’efficienza dei sistemi di azionamento elettrico e migliorare la velocità e l’autonomia di ricarica della batteria. Grazie alla capacità dimateriali in carburo di silicioper gestire efficacemente i segnali ad alta tensione e ad alta frequenza, sono indispensabili anche nelle apparecchiature di ricarica ad alta velocità nelle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici.

C. Comunicazioni 5G ed elettronica ad alta frequenza

I substrati in carburo di silicio da 12 pollici, con le loro eccellenti prestazioni ad alta frequenza, sono ampiamente utilizzati nelle stazioni base 5G e nei dispositivi RF ad alta frequenza. Possono migliorare significativamente l’efficienza della trasmissione del segnale e ridurre la perdita di segnale, supportando la trasmissione dei dati ad alta velocità delle reti 5G.

D. Settore Energia

I substrati di carburo di silicio hanno anche importanti applicazioni nei campi delle energie rinnovabili come gli inverter fotovoltaici e la produzione di energia eolica. Migliorando l’efficienza di conversione dell’energia, i dispositivi SiC possono ridurre la perdita di energia e migliorare la stabilità e l’affidabilità delle apparecchiature della rete elettrica.

Quali sono le sfide e i colli di bottiglia dei substrati in carburo di silicio da 12 pollici?

A. Costi di produzione e produzione su larga scala

Il costo di produzione di 12 polliciwafer di carburo di siliciorimane elevato, riflettendosi principalmente nelle materie prime, negli investimenti in attrezzature e nella ricerca e sviluppo tecnologico. Come superare le sfide tecniche della produzione su larga scala e ridurre i costi di produzione unitari è fondamentale per promuovere la divulgazione della tecnologia del carburo di silicio.

B. Difetti del substrato e uniformità della qualità

Sebbene i substrati da 12 pollici presentino vantaggi in termini di produzione, possono comunque verificarsi difetti durante i processi di crescita, taglio e lucidatura dei cristalli, portando a una qualità del substrato incoerente. Come ridurre la densità dei difetti e migliorare la coerenza della qualità attraverso tecnologie innovative è al centro della ricerca futura.

C. Richiesta di aggiornamenti tecnologici e di attrezzature

La domanda di attrezzature per taglio e lucidatura ad alta precisione è in aumento. Allo stesso tempo, un controllo preciso della qualità dei substrati basato su nuove tecnologie di rilevamento (come la microscopia a forza atomica, la scansione con fascio di elettroni, ecc.) è fondamentale per migliorare l’efficienza della produzione e la qualità del prodotto.

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