Peran Kritis Substrat SiC lan Wutah Kristal ing Industri Semikonduktor

Ing rantai industri silikon karbida (SiC), pemasok substrat duwe pengaruh sing signifikan, utamane amarga distribusi nilai.Substrat SiC nyumbang 47% saka total nilai, diikuti lapisan epitaxial ing 23%, dene desain lan manufaktur piranti minangka sisa 30%. Rantai nilai terbalik iki asale saka alangan teknologi dhuwur sing ana ing produksi substrat lan lapisan epitaxial.

3 tantangan utama nyebabake pertumbuhan substrat SiC:kahanan wutah kenceng, tingkat wutah alon, lan nuntut syarat crystallographic. Kerumitan kasebut nyebabake tambah kesulitan pangolahan, sing pungkasane ngasilake asil produk sing kurang lan biaya sing dhuwur. Salajengipun, kekandelan lapisan epitaxial lan konsentrasi doping minangka parameter kritis sing langsung mengaruhi kinerja piranti pungkasan.

Proses Produksi Substrat SiC:

Sintesis Bahan Baku:Silikon lan bubuk karbon kanthi kemurnian dhuwur dicampur kanthi tliti miturut resep tartamtu. Campuran iki ngalami reaksi suhu dhuwur (ndhuwur 2000°C) kanggo nyintesis partikel SiC kanthi struktur kristal lan ukuran partikel sing dikontrol. Proses crushing, sieving, lan reresik sakteruse ngasilake bubuk SiC kemurnian dhuwur sing cocok kanggo pertumbuhan kristal.

Pertumbuhan Kristal:Minangka langkah paling kritis ing manufaktur substrat SiC, wutah kristal ndhikte sifat listrik substrat. Saiki, metode Pengangkutan Uap Fisik (PVT) ndominasi pertumbuhan kristal SiC komersial. Alternatif kalebu Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (HT-CVD) lan Liquid Phase Epitaxy (LPE), sanajan adopsi komersial tetep diwatesi.

Pengolahan Kristal:Tahap iki kalebu ngowahi SiC boule dadi wafer polesan liwat seri langkah tliti: pangolahan ingot, wafer slicing, grinding, polishing, lan reresik. Saben langkah mbutuhake peralatan lan keahlian sing tliti dhuwur, sing pungkasane njamin kualitas lan kinerja substrat SiC pungkasan.

1. Tantangan Teknis ing Pertumbuhan Kristal SiC:

Wutah kristal SiC ngadhepi sawetara alangan teknis:

Suhu wutah dhuwur:Luwih saka 2300 ° C, suhu kasebut mbutuhake kontrol sing ketat babagan suhu lan tekanan ing tungku pertumbuhan.

Kontrol Polytypism:SiC nampilake luwih saka 250 polytypes, kanthi 4H-SiC sing paling disenengi kanggo aplikasi elektronik. Kanggo nggayuh polytype tartamtu iki mbutuhake kontrol sing tepat babagan rasio silikon-kanggo-karbon, gradien suhu, lan dinamika aliran gas sajrone wutah.

Tingkat Pertumbuhan Slow:PVT, nalika ditetepake kanthi komersial, ngalami tingkat pertumbuhan sing alon kira-kira 0.3-0.5mm / jam. Tuwuh kristal 2cm mbutuhake kira-kira 7 dina, kanthi dawa kristal maksimal sing bisa ditindakake diwatesi nganti 3-5cm. Iki kontras banget karo wutah kristal silikon, ing ngendi boules tekan dhuwur 2-3m sajrone 72 jam, kanthi diameter nganti 6-8 inci lan malah 12 inci ing fasilitas anyar. Bedane iki mbatesi diameter ingot SiC, biasane saka 4 nganti 6 inci.

Nalika Pengangkutan Uap Fisik (PVT) ndominasi pertumbuhan kristal SiC komersial, metode alternatif kaya Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (HT-CVD) lan Epitaxy Phase Cair (LPE) nawakake kaluwihan sing béda. Nanging, ngatasi watesan lan ningkatake tingkat wutah lan kualitas kristal penting kanggo adopsi industri SiC sing luwih jembar.

Mangkene ringkesan komparatif babagan teknik pertumbuhan kristal kasebut:

(1) Angkutan Uap Fisik (PVT):

Prinsip: Nggunakake mekanisme "sublimasi-transportasi-rekristalisasi" kanggo pertumbuhan kristal SiC.

Proses: Karbon kemurnian dhuwur lan bubuk silikon dicampur ing rasio sing tepat. Wêdakakêna SiC lan kristal wiji diselehake ing ngisor lan ndhuwur crucible ing tungku wutah. Suhu sing ngluwihi 2000 ° C nggawe gradien suhu, nyebabake bubuk SiC sublimate lan rekristalisasi menyang kristal wiji, mbentuk boule.

Kekurangan: Tingkat pertumbuhan sing alon (kira-kira 2cm sajrone 7 dina), rentan kanggo reaksi parasit sing nyebabake kepadatan cacat sing luwih dhuwur ing kristal sing tuwuh.

(2) Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (HT-CVD):

Prinsip: Ing suhu antarane 2000-2500 ° C, gas prekursor kemurnian dhuwur kaya silane, etana utawa propana, lan hidrogen dilebokake menyang kamar reaksi. Gas-gas iki terurai ing zona suhu dhuwur, mbentuk prekursor SiC gas sing banjur disimpen lan kristal menyang kristal wiji ing zona suhu ngisor.

Kaluwihan: Mbisakake wutah kristal terus-terusan, nggunakke prekursor gas kemurnian dhuwur ngasilake kristal SiC kemurnian sing luwih dhuwur kanthi cacat sing luwih sithik.

Kekurangan: Tingkat wutah sing alon (kira-kira 0.4-0.5mm / h), peralatan lan biaya operasional sing dhuwur, kerentanan kanggo macet ing inlet lan outlet gas.

(3) Liquid Phase Epitaxy (LPE):

(Nalika ora kalebu ing kutipan sampeyan, aku nambahake ringkesan ringkes babagan LPE supaya lengkap.)

Prinsip: Nganggo mekanisme "disolusi-udhan". Ing suhu antara 1400-1800 ° C, karbon dibubarake ing leleh silikon kanthi kemurnian dhuwur. Kristal SiC endapan metu saka larutan supersaturated nalika adhem.

Kaluwihan: Suhu wutah sing luwih murah nyuda tekanan termal sajrone pendinginan, nyebabake kapadhetan cacat lan kualitas kristal sing luwih dhuwur. Nawakake tingkat wutah sing luwih cepet dibandhingake karo PVT.

Kekurangan: Rawan kontaminasi logam saka crucible, winates ing ukuran kristal sing bisa ditindakake, utamane mung kanggo pertumbuhan skala laboratorium.

Saben cara menehi kaluwihan lan watesan sing unik. Milih teknik pertumbuhan optimal gumantung saka syarat aplikasi tartamtu, pertimbangan biaya, lan karakteristik kristal sing dikarepake.

2. Tantangan lan Solusi Pemrosesan Kristal SiC:

Irisan wafer:Kekerasan, brittleness, lan tahan abrasi SiC nggawe irisan dadi tantangan. Sawing kawat berlian tradisional mbutuhake wektu, boros, lan larang regane. Solusi kalebu dicing laser lan teknik pamisah kadhemen kanggo nambah efisiensi ngiris lan ngasilake wafer.

Penipisan wafer:Keteguhan fraktur SiC sing sithik ndadekake gampang retak nalika tipis, ngalangi pengurangan ketebalan seragam. Techniques saiki gumantung ing mecah rotasi, kang nandhang sangsara marga saka nyandhang wheel lan karusakan lumahing. Cara sing luwih maju kayata grinding sing dibantu getaran ultrasonik lan polishing mekanik elektrokimia lagi ditliti kanggo ningkatake tingkat penghapusan materi lan nyilikake cacat permukaan.

3. Outlook mangsa ngarep:

Ngoptimalake wutah kristal SiC lan pangolahan wafer penting kanggo adopsi SiC sing nyebar. Panaliten ing mangsa ngarep bakal fokus kanggo nambah tingkat wutah, ningkatake kualitas kristal, lan ningkatake efisiensi pangolahan wafer kanggo mbukak kunci potensial lengkap materi semikonduktor sing janjeni iki.**