Pasiuna sa silicon carbide
Ang Silicon carbide (SiC) usa ka compound nga semiconductor nga materyal nga gilangkuban sa carbon ug silicon, nga usa sa mga sulundon nga materyales alang sa paghimo sa taas nga temperatura, taas nga frequency, taas nga gahum ug taas nga boltahe nga mga aparato.Kung itandi sa tradisyonal nga silicon nga materyal (Si), ang band gap sa silicon carbide maoy 3 ka pilo sa silicon.Ang thermal conductivity mao ang 4-5 ka beses nga sa silicon;Ang breakdown boltahe mao ang 8-10 ka beses nga sa silicon;Ang electronic saturation drift rate mao ang 2-3 ka beses nga sa silicon, nga nagtagbo sa mga panginahanglan sa modernong industriya alang sa taas nga gahum, taas nga boltahe ug taas nga frequency.Nag-una kini nga gigamit alang sa paghimo sa high-speed, high-frequency, high-power ug light-emitting electronic nga mga sangkap.Ang downstream nga mga natad sa aplikasyon naglakip sa smart grid, bag-ong enerhiya nga mga sakyanan, photovoltaic wind power, 5G communication, ug uban pa.
Taas nga temperatura nga pagsukol.Ang gilapdon sa band gintang sa silicon carbide mao ang 2-3 ka beses nga sa silicon, ang mga electron dili sayon sa transisyon sa taas nga temperatura, ug makasugakod sa mas taas nga operating temperatura, ug ang thermal conductivity sa silicon carbide mao ang 4-5 ka beses sa silicon, nga naghimo sa device nga mas sayon nga pagwagtang sa kainit ug ang limitasyon sa temperatura sa pag-opera mas taas.Ang taas nga resistensya sa temperatura mahimo’g madugangan ang densidad sa kuryente samtang gipamubu ang mga kinahanglanon sa sistema sa paglamig, nga naghimo sa terminal nga labi ka gaan ug gamay.
Makasukol sa taas nga presyur.Ang pagkaguba sa kusog sa electric field sa silicon carbide mao ang 10 ka pilo sa silicon, nga makasugakod sa mas taas nga mga boltahe ug mas angay alang sa mga high-voltage device.
Taas nga frequency nga pagsukol.Ang Silicon carbide adunay usa ka saturated electron drift rate nga doble sa silicon, nga miresulta sa pagkawala sa kasamtangan nga tailing sa panahon sa proseso sa pagsira, nga epektibo nga makapauswag sa switching frequency sa device ug makaamgo sa miniaturization sa device.
Ubos nga pagkawala sa enerhiya.Kung itandi sa materyal nga silikon, ang silicon carbide adunay gamay kaayo nga resistensya ug ubos nga pagkawala.Sa parehas nga oras, ang taas nga gilapdon sa band-gap sa silicon carbide labi nga nagpamenos sa leakage nga karon ug ang pagkawala sa kuryente.Dugang pa, ang silicon carbide device wala'y kasamtangan nga trailing phenomenon sa panahon sa proseso sa pagsira, ug ang pagkawala sa switching ubos.
Kadena sa industriya sa Silicon carbide
Nag-una kini naglakip sa substrate, epitaxy, disenyo sa device, manufacturing, sealing ug uban pa.Ang Silicon carbide gikan sa materyal ngadto sa semiconductor power device makasinati og single crystal growth, ingot slicing, epitaxial growth, wafer design, manufacturing, packaging ug uban pang proseso.Human sa synthesis sa silicon carbide powder, ang silicon carbide ingot gihimo una, ug dayon ang silicon carbide substrate makuha pinaagi sa paghiwa, paggaling ug pagpasinaw, ug ang epitaxial sheet makuha pinaagi sa pagtubo sa epitaxial.Ang epitaxial wafer ginama sa silicon carbide pinaagi sa lithography, etching, ion implantation, metal passivation ug uban pang mga proseso, ang wafer giputol ngadto sa die, ang device giputos, ug ang device gihiusa sa usa ka espesyal nga kabhang ug gitigum sa usa ka module.
Upstream sa industriya kadena 1: substrate - kristal nga pagtubo mao ang kinauyokan proseso link
Ang Silicon carbide substrate nag-asoy sa mga 47% sa gasto sa silicon carbide nga mga himan, ang pinakataas nga teknikal nga mga babag sa paghimo, ang pinakadako nga bili, mao ang kinauyokan sa umaabot nga dako nga industriyalisasyon sa SiC.
Gikan sa panglantaw sa electrochemical kabtangan kalainan, silicon carbide substrate materyales mahimong bahinon ngadto sa conductive substrates (resistivity rehiyon 15 ~ 30mΩ·cm) ug semi-insulated substrates (resistivity mas taas pa kay sa 105Ω·cm).Kining duha ka klase sa substrates kay gigamit sa paghimo ug discrete device sama sa power device ug radio frequency device human sa epitaxial growth.Lakip niini, ang semi-insulated nga silicon carbide substrate kasagarang gigamit sa paghimo sa gallium nitride RF device, photoelectric device ug uban pa.Pinaagi sa pagtubo sa gan epitaxial layer sa semi-insulated SIC substrate, ang sic epitaxial plate giandam, nga mahimo pa nga maandam sa HEMT gan iso-nitride RF device.Ang conductive silicon carbide substrate kasagarang gigamit sa paghimo sa mga power device.Lahi sa tradisyonal nga proseso sa paghimo sa aparato nga gahum sa silicon, ang aparato nga gahum sa silicon carbide dili direkta nga mahimo sa substrate nga silicon carbide, ang layer nga epitaxial sa silicon carbide kinahanglan nga motubo sa conductive substrate aron makuha ang silicon carbide epitaxial sheet, ug ang epitaxial Ang layer gihimo sa Schottky diode, MOSFET, IGBT ug uban pang mga aparato sa kuryente.
Ang silicone carbide powder gi-synthesize gikan sa high purity carbon powder ug high purity silicon powder, ug lain-laing gidak-on sa silicon carbide ingot gipatubo ubos sa espesyal nga temperatura nga field, ug dayon ang silicon carbide substrate gihimo pinaagi sa daghang proseso sa pagproseso.Ang core nga proseso naglakip sa:
Hilaw nga materyal nga synthesis: Ang high-purity silicon powder + toner gisagol sumala sa pormula, ug ang reaksyon gihimo sa reaksyon chamber ubos sa taas nga temperatura nga kondisyon sa ibabaw sa 2000 ° C aron ma-synthesize ang silicon carbide nga mga partikulo nga adunay piho nga matang sa kristal ug partikulo gidak-on.Dayon pinaagi sa pagdugmok, screening, paglimpyo ug uban pang mga proseso, aron matubag ang mga kinahanglanon sa taas nga kaputli nga silicon carbide powder nga hilaw nga materyales.
Ang pagtubo sa kristal mao ang kinauyokan nga proseso sa paghimo sa substrate nga silicon carbide, nga nagtino sa mga elektrikal nga kabtangan sa substrate nga silicon carbide.Sa pagkakaron, ang mga nag-unang pamaagi sa pagtubo sa kristal mao ang physical vapor transfer (PVT), high temperature chemical vapor deposition (HT-CVD) ug liquid phase epitaxy (LPE).Lakip kanila, ang PVT nga pamaagi mao ang mainstream nga pamaagi alang sa komersyal nga pagtubo sa SiC substrate sa pagkakaron, nga adunay labing taas nga teknikal nga pagkahamtong ug ang labing kaylap nga gigamit sa engineering.
Ang pag-andam sa SiC substrate lisud, nga nagdala sa taas nga presyo niini
Lisud ang pagkontrolar sa natad sa temperatura: Ang pagtubo sa Si kristal nga sungkod nagkinahanglan lamang og 1500 ℃, samtang ang SiC crystal rod kinahanglan nga motubo sa taas nga temperatura nga labaw sa 2000 ℃, ug adunay labaw pa sa 250 SiC isomers, apan ang nag-unang 4H-SiC nga usa ka kristal nga istruktura alang sa ang paghimo sa mga gamit sa kuryente, kung dili tukma nga pagkontrol, makakuha og ubang mga istruktura nga kristal.Dugang pa, ang gradient sa temperatura sa crucible nagtino sa rate sa pagbalhin sa sublimation sa SiC ug ang paghan-ay ug mode sa pagtubo sa mga gas nga atomo sa kristal nga interface, nga nakaapekto sa rate sa pagtubo sa kristal ug kalidad sa kristal, mao nga kinahanglan nga maporma ang usa ka sistematikong natad sa temperatura. teknolohiya sa pagkontrol.Kung itandi sa mga materyales sa Si, ang kalainan sa produksiyon sa SiC naa usab sa mga proseso sa taas nga temperatura sama sa taas nga temperatura nga pag-implant sa ion, taas nga temperatura nga oksihenasyon, pagpaaktibo sa taas nga temperatura, ug ang lisud nga proseso sa maskara nga gikinahanglan niining mga proseso sa taas nga temperatura.
Mahinay nga pagtubo sa kristal: ang rate sa pagtubo sa Si crystal rod mahimong moabot sa 30 ~ 150mm / h, ug ang paghimo sa 1-3m silicon crystal rod mokabat lamang sa 1 ka adlaw;SiC kristal nga sungkod nga adunay PVT nga pamaagi isip usa ka pananglitan, ang pagtubo rate mao ang mahitungod sa 0.2-0.4mm/h, 7 ka adlaw sa pagtubo ubos pa kay sa 3-6cm, ang pagtubo rate mao ang ubos pa kay sa 1% sa silicon nga materyal, ang produksyon nga kapasidad mao ang hilabihan limitado.
Taas nga mga parameter sa produkto ug ubos nga abot: ang kinauyokan nga mga parameter sa SiC substrate naglakip sa microtubule density, dislocation density, resistivity, warpage, surface roughness, ug uban pa. samtang nagkontrol sa mga indeks sa parameter.
Ang materyal adunay taas nga katig-a, taas nga brittleness, taas nga panahon sa pagputol ug taas nga pagsul-ob: Ang SiC Mohs nga katig-a sa 9.25 ikaduha lamang sa diamante, nga mosangpot sa usa ka mahinungdanon nga pagtaas sa kalisud sa pagputol, paggaling ug pagpasinaw, ug kini nagkinahanglan og gibana-bana nga 120 ka oras aron guntinga ang 35-40 ka piraso sa 3cm gibag-on nga ingot.Dugang pa, tungod sa taas nga brittleness sa SiC, ang pagsul-ob sa pagproseso sa wafer mahimong labi pa, ug ang ratio sa output mga 60% ra.
Trend sa pag-uswag: Pagtaas sa gidak-on + pagkunhod sa presyo
Ang tibuuk nga merkado sa SiC nga 6-pulgada nga linya sa produksiyon sa produksiyon nagkahinog, ug ang nanguna nga mga kompanya nakasulod sa 8-pulgada nga merkado.Ang mga proyekto sa pagpauswag sa balay kasagaran 6 ka pulgada.Sa pagkakaron, bisan kung ang kadaghanan sa mga domestic nga kompanya gibase gihapon sa 4-pulgada nga mga linya sa produksiyon, apan ang industriya anam-anam nga nagpalapad sa 6-pulgada, nga adunay pagkahamtong sa 6-pulgada nga pagsuporta sa teknolohiya sa kagamitan, ang domestic SiC substrate nga teknolohiya sa hinay-hinay usab nga nagpauswag sa mga ekonomiya sa Ang sukod sa dagkong mga linya sa produksiyon makita, ug ang kasamtangang domestic nga 6-pulgada nga gintang sa oras sa mass production mikunhod ngadto sa 7 ka tuig.Ang mas dako nga gidak-on sa wafer mahimong magdala sa usa ka pagtaas sa gidaghanon sa mga single chips, pagpalambo sa abot rate, ug pagpakunhod sa proporsyon sa mga sidsid chips, ug ang gasto sa panukiduki ug kalamboan ug ani nga pagkawala mamentinar sa mga 7%, sa ingon pagpalambo sa wafer. paggamit.
Adunay daghan pa nga mga kalisud sa disenyo sa device
Ang komersyalisasyon sa SiC diode anam-anam nga gipauswag, sa pagkakaron, daghang mga domestic nga tiggama ang nagdisenyo sa mga produkto sa SiC SBD, medium ug taas nga boltahe nga SiC SBD nga mga produkto adunay maayo nga kalig-on, sa awto OBC, ang paggamit sa SiC SBD + SI IGBT aron makab-ot ang lig-on. kasamtangan nga densidad.Sa pagkakaron, wala'y mga babag sa disenyo sa patente sa mga produkto sa SiC SBD sa China, ug gamay ra ang gintang sa mga langyaw nga nasud.
Ang SiC MOS aduna pa'y daghang mga kalisud, adunay gintang sa taliwala sa SiC MOS ug sa mga tiggama sa gawas sa nasud, ug ang may kalabutan nga plataporma sa paggama anaa pa sa pagtukod.Sa pagkakaron, ang ST, Infineon, Rohm ug uban pang 600-1700V SiC MOS nakab-ot ang mass production ug gipirmahan ug gipadala sa daghang mga industriya sa pagmamanupaktura, samtang ang kasamtangan nga domestic nga SiC MOS nga disenyo kay batakan nga nahuman, daghang mga tiggama sa disenyo ang nagtrabaho sa mga fabs sa ang yugto sa pag-agos sa wafer, ug sa ulahi ang pag-verify sa kustomer nanginahanglan pa og pipila ka panahon, mao nga adunay taas nga panahon gikan sa dinagkong komersyalisasyon.
Sa pagkakaron, ang planar nga istruktura mao ang mainstream nga pagpili, ug ang trench type kay kaylap nga gigamit sa high-pressure field sa umaabot.Planar nga istruktura SiC MOS tiggama daghan, ang planar nga gambalay dili sayon sa paghimo sa lokal nga mga problema sa pagkahugno itandi sa lihok, nga makaapekto sa kalig-on sa trabaho, sa merkado ubos sa 1200V adunay usa ka halapad nga-laing mga aplikasyon bili, ug ang planar istruktura mao ang medyo yano sa manufacturing katapusan, sa pagsugat sa manufacturability ug gasto pagkontrolar sa duha ka mga aspeto.Ang groove device adunay mga bentaha sa hilabihan ka ubos nga parasitic inductance, paspas nga switching speed, ubos nga pagkawala ug medyo taas nga performance.
2--SiC wafer nga balita
Ang produksiyon sa merkado sa Silicon carbide ug pagtubo sa pagbaligya, pagtagad sa pagkadili balanse sa istruktura tali sa suplay ug panginahanglan
Sa kusog nga pag-uswag sa panginahanglan sa merkado alang sa high-frequency ug high-power power electronics, ang pisikal nga limitasyon nga bottleneck sa mga aparato nga semiconductor nga nakabase sa silicon anam-anam nga nahimong prominente, ug ang mga materyales sa ikatulo nga henerasyon nga semiconductor nga girepresentahan sa silicon carbide (SiC) anam-anam. mahimong industriyalisado.Gikan sa punto sa pagtan-aw sa materyal nga pasundayag, ang silicon carbide adunay 3 ka beses ang gilapdon sa band gap sa materyal nga silikon, 10 ka beses ang kritikal nga pagkaguba sa kusog sa natad sa kuryente, 3 ka beses ang thermal conductivity, busa ang mga aparato nga gahum sa silicon carbide angay alang sa taas nga frequency, taas nga presyur, taas nga temperatura ug uban pang mga aplikasyon, makatabang sa pagpalambo sa efficiency ug gahum density sa gahum electronic nga sistema.
Sa pagkakaron, ang SiC diodes ug SiC MOSFETs anam-anam nga mibalhin sa merkado, ug adunay mas hamtong nga mga produkto, diin ang SiC diodes kaylap nga gigamit imbes nga silicon-based diodes sa pipila ka mga natad tungod kay wala sila'y bentaha sa reverse recovery charge;Ang SiC MOSFET hinay-hinay usab nga gigamit sa automotive, pagtipig sa enerhiya, pag-charge sa pile, photovoltaic ug uban pang mga natad;Sa natad sa mga aplikasyon sa automotive, ang uso sa modularization nahimong labi ug labi ka prominente, ang labing maayo nga pasundayag sa SiC kinahanglan nga magsalig sa mga advanced nga proseso sa pagputos aron makab-ot, sa teknikal nga adunay medyo hamtong nga pag-seal sa kabhang ingon ang panguna, ang umaabot o ang pag-uswag sa pagbugkos sa plastik. , ang gipahiangay nga mga kinaiya sa pag-uswag mas angay alang sa mga module sa SiC.
Ang katulin sa pagkunhod sa presyo sa Silicon carbide o lapas sa imahinasyon
Ang aplikasyon sa mga aparato nga silicon carbide labi nga limitado sa taas nga gasto, ang presyo sa SiC MOSFET sa ilawom sa parehas nga lebel 4 ka beses nga mas taas kaysa sa IGBT nga nakabase sa Si, kini tungod kay ang proseso sa silicon carbide komplikado, diin ang pagtubo sa Ang usa ka kristal ug epitaxial dili lamang mapintas sa kalikopan, apan usab ang rate sa pagtubo hinay, ug ang usa nga pagproseso sa kristal sa substrate kinahanglan nga moagi sa proseso sa pagputol ug pagpasinaw.Pinasukad sa kaugalingon nga materyal nga mga kinaiya ug immature nga teknolohiya sa pagproseso, ang ani sa domestic substrate dili mubu sa 50%, ug lainlaing mga hinungdan ang hinungdan sa taas nga presyo sa substrate ug epitaxial.
Bisan pa, ang komposisyon sa gasto sa mga aparato nga silicon carbide ug mga aparato nga nakabase sa silicon kay diametrically nga kaatbang, ang substrate ug epitaxial nga gasto sa front channel account alang sa 47% ug 23% sa tibuuk nga aparato matag usa, nga nagkantidad mga 70%, ang disenyo sa aparato, paghimo. ug ang mga link sa sealing sa back channel account alang lamang sa 30%, ang gasto sa produksiyon sa mga aparato nga nakabase sa silicon nag-una sa pagkonsentrar sa paghimo sa wafer sa likod nga channel mga 50%, ug ang gasto sa substrate nagkantidad lamang sa 7%.Ang katingad-an sa kantidad sa kadena sa industriya sa silicon carbide nga baliskad nagpasabut nga ang mga taghimo sa upstream nga substrate epitaxy adunay kinauyokan nga katungod sa pagsulti, nga mao ang yawe sa layout sa mga domestic ug langyaw nga negosyo.
Gikan sa dinamikong punto sa panglantaw sa merkado, pagkunhod sa gasto sa silicon carbide, dugang pa sa pagpalambo sa silicon carbide taas nga kristal ug slicing proseso, mao ang pagpalapad sa wafer gidak-on, nga mao usab ang hamtong nga dalan sa semiconductor development sa nangagi, Gipakita sa datos sa Wolfspeed nga ang pag-upgrade sa substrate sa silicon carbide gikan sa 6 ka pulgada ngadto sa 8 ka pulgada, ang kuwalipikadong produksiyon sa chip mahimong madugangan sa 80% -90%, ug makatabang sa pagpalambo sa abot.Mahimong makunhuran ang hiniusa nga gasto sa yunit sa 50%.
Ang 2023 nailhan nga "8-pulgada nga SiC unang tuig", karong tuiga, ang mga tiggama sa domestic ug langyaw nga silicon carbide nagpadali sa layout sa 8-pulgada nga silicon carbide, sama sa Wolfspeed nga buang nga pagpamuhunan nga 14.55 bilyon nga dolyar sa US alang sa pagpalapad sa produksiyon sa silicon carbide, usa ka importante nga bahin nga mao ang pagtukod sa 8-pulgada SiC substrate manufacturing nga planta, Aron sa pagsiguro sa umaabot nga suplay sa 200 mm SiC hubo metal ngadto sa usa ka gidaghanon sa mga kompanya;Ang Domestic Tianyue Advanced ug Tianke Heda nagpirma usab sa dugay nga mga kasabutan sa Infineon aron mahatagan ang 8-pulgada nga silicon carbide substrates sa umaabot.
Sugod karong tuiga, ang silicon carbide mokusog gikan sa 6 ka pulgada ngadto sa 8 ka pulgada, si Wolfspeed nagpaabot nga sa 2024, ang unit chip cost sa 8 ka pulgada nga substrate kumpara sa unit chip cost sa 6 ka pulgada nga substrate sa 2022 mapakunhod sa labaw sa 60% , ug ang pagkunhod sa gasto labi pa nga magbukas sa merkado sa aplikasyon, gipunting sa datos sa panukiduki sa Ji Bond Consulting.Ang karon nga bahin sa merkado sa 8-pulgada nga mga produkto dili mubu sa 2%, ug ang bahin sa merkado gilauman nga motubo sa hapit 15% sa 2026.
Sa tinuud, ang rate sa pagkunhod sa presyo sa substrate sa silicon carbide mahimong molapas sa imahinasyon sa daghang mga tawo, ang karon nga tanyag sa merkado sa 6-pulgada nga substrate mao ang 4000-5000 yuan / piraso, kung itandi sa pagsugod sa tuig nahulog sa usa ka daghan, mao ang gilauman nga mahulog ubos sa 4000 yuan sa sunod nga tuig, kini mao ang bili noting nga ang pipila ka mga manufacturers aron sa pagkuha sa unang merkado, mikunhod ang presyo sa pagbaligya ngadto sa linya sa gasto sa ubos, Giablihan ang modelo sa presyo gubat, nag-una concentrate sa silicon carbide substrate Ang suplay medyo igo sa ubos nga boltahe nga natad, ang mga domestic ug langyaw nga mga tiggama agresibo nga nagpalapad sa kapasidad sa produksiyon, o tugoti ang silicon carbide substrate nga mag-oversupply nga yugto sa sayo pa kaysa sa gihunahuna.
Oras sa pag-post: Ene-19-2024