Jaké jsou výzvy při výrobě SiC substrátů?

Jak se polovodičová technologie iteruje a modernizuje směrem k vyšším frekvencím, vyšším teplotám, vyššímu výkonu a nižším ztrátám, karbid křemíku vyniká jako přední polovodičový materiál třetí generace, který postupně nahrazuje konvenční křemíkové substráty. Substráty z karbidu křemíku nabízejí výrazné výhody, jako je širší bandgap, vyšší tepelná vodivost, vynikající kritická síla elektrického pole a vyšší mobilita elektronů, čímž se stávají ideální volbou pro vysoce výkonná, vysoce výkonná a vysokofrekvenční zařízení ve špičkových polích, jako jsou NEV, 5G komunikace, fotovoltaické invertory a letecký průmysl.

Výzvy při výrobě vysoce kvalitních substrátů z karbidu křemíku

Výroba a zpracování vysoce kvalitních substrátů z karbidu křemíku zahrnuje extrémně vysoké technické bariéry. V celém procesu přetrvává řada výzev, od přípravy surovin až po výrobu hotového produktu, což se stalo zásadním faktorem omezujícím jeho rozsáhlé použití a průmyslovou modernizaci.

1. Výzvy při syntéze surovin

Základními surovinami pro růst monokrystalů karbidu křemíku jsou uhlíkový prášek a křemíkový prášek. Jsou náchylné ke kontaminaci nečistotami z prostředí během jejich syntézy a odstranění těchto nečistot je obtížné. Tyto nečistoty negativně ovlivňují kvalitu krystalů SiC. Kromě toho může neúplná reakce mezi křemíkovým práškem a uhlíkovým práškem snadno způsobit nerovnováhu v poměru Si/C, což ohrozí stabilitu krystalové struktury. Přesná regulace krystalové formy a velikosti částic v syntetizovaném SiC prášku vyžaduje přísné zpracování po syntéze, čímž se zvyšuje technická bariéra přípravy suroviny.

2. Výzvy pro růst krystalů

Růst krystalu karbidu křemíku vyžaduje teploty přesahující 2300 ℃, což klade přísné požadavky na odolnost proti vysokým teplotám a přesnost tepelné regulace polovodičových zařízení. Na rozdíl od monokrystalického křemíku vykazuje karbid křemíku extrémně pomalé rychlosti růstu. Například při použití metody PVT lze za sedm dní vypěstovat pouze 2 až 6 centimetrů krystalu karbidu křemíku. To má za následek nízkou efektivitu výroby substrátů z karbidu křemíku, což výrazně omezuje celkovou výrobní kapacitu.  Kromě toho má karbid křemíku více než 200 typů krystalové struktury, ve kterých je použitelný pouze několik typů struktur, jako je 4H-SiC. Proto je nezbytná přísná kontrola parametrů, aby se zabránilo polymorfním inkluzím a zajistila se kvalita produktu.

3. Výzvy při zpracování krystalů

Vzhledem k tomu, že tvrdost karbidu křemíku je na druhém místě za diamantem, což značně zvyšuje obtížnost řezání. Během procesu krájení dochází k výrazným ztrátám při řezání, přičemž míra ztrát dosahuje kolem 40 %, což má za následek extrémně nízkou efektivitu využití materiálu. Vzhledem ke své nízké lomové houževnatosti je karbid křemíku náchylný k praskání a vylamování hran během ztenčovacího zpracování. Navíc následné procesy výroby polovodičů kladou extrémně přísné požadavky na přesnost obrábění a kvalitu povrchu substrátů z karbidu křemíku, zejména pokud jde o drsnost povrchu, rovinnost a deformaci. To představuje značné problémy při ztenčování, broušení a leštění substrátů z karbidu křemíku.

Semicorex nabízísubstráty z karbidu křemíkuv různých velikostech a třídách. Neváhejte nás kontaktovat s jakýmikoli dotazy nebo pro další podrobnosti.

Tel: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com