Ro-ràdh do charbid silicon
'S e stuth leth-chonnsachaidh measgaichte a th' ann an silicon carbide (SiC) air a dhèanamh suas de charbon agus silicon, agus 's e seo aon de na stuthan as fheàrr airson innealan àrd-theodhachd, àrd-tricead, àrd-chumhachd agus àrd-bholtaids a dhèanamh. An coimeas ris an stuth silicon traidiseanta (Si), tha beàrn a' chòmhlain aig silicon carbide 3 uiread nas motha na silicon. Tha an giùlan teirmeach 4-5 uiread nas motha na silicon; Tha am bholtaids briseadh-sìos 8-10 uiread nas motha na silicon; Tha an ìre drift sàthaidh dealain 2-3 uiread nas motha na silicon, a choinnicheas ri feumalachdan gnìomhachas an latha an-diugh airson àrd-chumhachd, àrd-bholtaids agus àrd-tricead. Tha e air a chleachdadh sa mhòr-chuid airson cinneasachadh phàirtean dealain àrd-astar, àrd-tricead, àrd-chumhachd agus a bhios a’ leigeil a-mach solas. Am measg nan raointean tagraidh sìos an abhainn tha griod snasail, carbadan lùtha ùra, cumhachd gaoithe photovoltaic, conaltradh 5G, msaa. Chaidh diodes silicon carbide agus MOSFETan a chleachdadh gu malairteach.
Seasmhachd teòthachd àrd. Tha leud beàrn a’ chòmhlain aig silicon carbide 2-3 uiread nas motha na leud silicon, chan eil e furasta na dealanan a ghluasad aig teòthachd àrd, agus faodaidh iad seasamh ri teòthachd obrachaidh nas àirde, agus tha seoltachd teirmeach silicon carbide 4-5 uiread nas motha na leud silicon, a’ dèanamh sgaoileadh teas an uidheim nas fhasa agus an teòthachd obrachaidh crìochnaichte nas àirde. Faodaidh an aghaidh teòthachd àrd dùmhlachd cumhachd a mheudachadh gu mòr agus aig an aon àm na riatanasan air an t-siostam fuarachaidh a lughdachadh, a’ dèanamh an teirminéal nas aotroime agus nas lugha.
Seasamh ri cuideam àrd. Tha neart raon dealain briseadh sìos carbide silicon 10 uiread nas motha na neart silicon, agus faodaidh e seasamh ri bholtaids nas àirde agus tha e nas freagarraiche airson innealan àrd-bholtaids.
Frith-aghaidh tricead àrd. Tha ìre drift electron shàthaichte aig silicon carbide dà uair nas àirde na silicon, agus mar thoradh air sin chan eil earball gnàthach ann rè a’ phròiseas dùnaidh sìos, agus faodaidh seo tricead suidsidh an inneil a leasachadh gu h-èifeachdach agus an inneal a dhèanamh nas lugha.
Call lùtha ìosal. An coimeas ri stuth silicon, tha strì an aghaidh lasachaidh agus call ìosal aig silicon carbide. Aig an aon àm, tha leud beàrn-còmhlain àrd silicon carbide a’ lughdachadh gu mòr an t-sruth aodion agus call cumhachd. A bharrachd air an sin, chan eil coltas gu bheil an t-sruth a’ dol sìos aig inneal silicon carbide rè a’ phròiseas dùnaidh sìos, agus tha an call suidse ìosal.
Slabhraidh gnìomhachais silicon carbide
Tha e a’ toirt a-steach sa mhòr-chuid fo-strat, epitaxy, dealbhadh innealan, saothrachadh, seulachadh agus mar sin air adhart. Bidh silicon carbide bhon stuth chun an inneal cumhachd leth-chonnsachaidh a’ faighinn eòlas air fàs criostail singilte, slicing ingot, fàs epitaxial, dealbhadh wafer, saothrachadh, pacadh agus pròiseasan eile. Às deidh co-chur pùdar silicon carbide, thèid an ingot silicon carbide a dhèanamh an toiseach, agus an uairsin gheibhear an t-substrate silicon carbide le bhith ga shlicing, ga bleith agus ga lìomhadh, agus gheibhear an duilleag epitaxial le fàs epitaxial. Tha an wafer epitaxial air a dhèanamh de silicon carbide tro lithography, etching, implant ian, passivation meatailt agus pròiseasan eile, tha an wafer air a ghearradh ann an die, tha an inneal air a phacaigeadh, agus tha an inneal air a chur còmhla ann an slige sònraichte agus air a chruinneachadh ann am modúl.
Suas an t-sruth den t-sreath gnìomhachais 1: fo-strat - is e fàs criostail am prìomh cheangal pròiseis
Tha fo-strat silicon carbide a’ dèanamh suas mu 47% de chosgais innealan silicon carbide, agus is e seo an cnap-starra teicnigeach saothrachaidh as àirde, an luach as motha, agus is e sin cridhe gnìomhachasachadh mòr-sgèile san àm ri teachd de SiC.
Bho shealladh eadar-dhealachaidhean ann an feartan electroceimiceach, faodar stuthan fo-strat silicon carbide a roinn ann am fo-stratan giùlain (roinn strì an aghaidh 15 ~ 30mΩ · cm) agus fo-stratan leth-inslithe (strì an aghaidh nas àirde na 105Ω · cm). Tha an dà sheòrsa fo-strat seo air an cleachdadh gus innealan fa leth a dhèanamh leithid innealan cumhachd agus innealan tricead rèidio fa leth às deidh fàs epitaxial. Nam measg, thathas a’ cleachdadh fo-strat silicon carbide leth-inslithe sa mhòr-chuid ann an saothrachadh innealan RF gallium nitride, innealan foto-dealain agus mar sin air adhart. Le bhith a’ fàs sreath epitaxial gan air fo-strat SIC leth-inslithe, tha am plàta epitaxial sic air ullachadh, a dh’ fhaodar ullachadh nas fhaide air adhart gu bhith na innealan RF iso-nitride gan HEMT. Tha fo-strat silicon carbide giùlain air a chleachdadh sa mhòr-chuid ann an saothrachadh innealan cumhachd. Eadar-dhealaichte bhon phròiseas saothrachaidh innealan cumhachd silicon traidiseanta, chan urrainnear an inneal cumhachd silicon carbide a dhèanamh gu dìreach air an t-substrate silicon carbide, feumar an còmhdach epitaxial silicon carbide fhàs air an t-substrate giùlain gus an duilleag epitaxial silicon carbide fhaighinn, agus tha an còmhdach epitaxial air a dhèanamh air an Schottky diode, MOSFET, IGBT agus innealan cumhachd eile.
Chaidh pùdar silicon carbide a cho-chur bho phùdar gualain àrd-ghlanachd agus pùdar silicon àrd-ghlanachd, agus chaidh diofar mheudan de ingot silicon carbide fhàs fo raon teòthachd sònraichte, agus an uairsin chaidh fo-strat silicon carbide a thoirt gu buil tro iomadh pròiseas giullachd. Tha am pròiseas bunaiteach a’ toirt a-steach:
Co-chur stuthan amh: Tha am pùdar silicon àrd-ghlanachd + toner air a mheasgachadh a rèir na foirmle, agus tha an ath-bhualadh air a dhèanamh anns an t-seòmar ath-bhualadh fo theodhachd àrd os cionn 2000 ° C gus na gràineanan silicon carbide a cho-chur le seòrsa criostail sònraichte agus meud gràin. An uairsin tro na pròiseasan pronnadh, sgrìonaidh, glanaidh agus pròiseasan eile, gus coinneachadh ri riatanasan stuthan amh pùdar silicon carbide àrd-ghlanachd.
’S e fàs criostail am prìomh phròiseas ann an saothrachadh fo-strat silicon carbide, a tha a’ dearbhadh feartan dealain fo-strat silicon carbide. An-dràsta, is e na prìomh dhòighean airson fàs criostail gluasad ceò corporra (PVT), tasgadh ceò ceimigeach aig teòthachd àrd (HT-CVD) agus epitaxy ìre leaghaidh (LPE). Nam measg, ’s e modh PVT am prìomh dhòigh airson fàs malairteach fo-strat SiC an-dràsta, leis an ìre aibidh theicnigeach as àirde agus an fheadhainn as fharsainge a thathas a’ cleachdadh ann an innleadaireachd.
Tha ullachadh fo-strat SiC duilich, agus tha sin ag adhbhrachadh a phrìs àrd.
Tha smachd a chumail air raon teòthachd duilich: chan fheum fàs slat criostail Si ach 1500℃, ach feumar slat criostail SiC fhàs aig teòthachd àrd os cionn 2000℃, agus tha còrr air 250 isomer SiC ann, ach mura tèid smachd mionaideach a chumail air prìomh structar criostail singilte 4H-SiC airson cinneasachadh innealan cumhachd, gheibh e structaran criostail eile. A bharrachd air an sin, bidh an claonadh teòthachd anns a’ chrioch a’ dearbhadh ìre gluasaid fo-shruthadh SiC agus modh rèiteachadh is fàis dadaman gasach air eadar-aghaidh a’ chriostail, a bheir buaidh air ìre fàis a’ chriostail agus càileachd a’ chriostail, agus mar sin tha e riatanach teicneòlas smachd raon teòthachd siostamach a chruthachadh. An coimeas ri stuthan Si, tha an diofar ann an cinneasachadh SiC cuideachd ann am pròiseasan teòthachd àrd leithid implantachadh ian teòthachd àrd, oxidation teòthachd àrd, gnìomhachadh teòthachd àrd, agus am pròiseas masg cruaidh a tha a dhìth leis na pròiseasan teòthachd àrd sin.
Fàs criostail slaodach: faodaidh ìre fàis slat criostail Si ruighinn 30 ~ 150mm / h, agus chan eil cinneasachadh slat criostail silicon 1-3m a’ toirt ach timcheall air 1 latha; slat criostail SiC leis an dòigh PVT mar eisimpleir, tha an ìre fàis timcheall air 0.2-0.4mm / h, 7 latha airson fàs nas lugha na 3-6cm, tha an ìre fàis nas lugha na 1% den stuth silicon, tha an comas cinneasachaidh gu math cuingealaichte.
Paramadairean toraidh àrd agus toradh ìosal: tha prìomh pharamadairean fo-strat SiC a’ toirt a-steach dùmhlachd microtubule, dùmhlachd dì-àiteachaidh, strì an aghaidh, lùbadh, garbh-chruth uachdar, msaa. Tha e na innleadaireachd siostam iom-fhillte gus dadaman a chuir ann an seòmar dùinte aig teòthachd àrd agus fàs criostail a chrìochnachadh, agus clàran-amais paramadair a chumail fo smachd.
Tha cruas àrd, brisgeachd àrd, ùine gearraidh fhada agus caitheamh àrd aig an stuth: tha cruas SiC Mohs de 9.25 san dàrna àite às dèidh daoimean, a tha ag adhbhrachadh àrdachadh mòr ann an duilgheadas gearradh, bleith agus snasadh, agus bheir e timcheall air 120 uair a thìde airson 35-40 pìos de ingot 3cm de thighead a ghearradh. A bharrachd air an sin, air sgàth brisgeachd àrd SiC, bidh caitheamh giollachd wafer nas àirde, agus chan eil an co-mheas toraidh ach mu 60%.
Gluasad leasachaidh: Meudachadh meud + lùghdachadh prìse
Tha loidhne cinneasachaidh meud 6-òirleach margaidh chruinneil SiC a’ tighinn gu ìre nas aibidh, agus tha prìomh chompanaidhean air a dhol a-steach don mhargaidh 8-òirleach. Tha pròiseactan leasachaidh dachaigheil sa mhòr-chuid 6 òirlich. An-dràsta, ged a tha a’ mhòr-chuid de chompanaidhean dachaigheil fhathast stèidhichte air loidhnichean cinneasachaidh 4-òirleach, tha an gnìomhachas mean air mhean a’ leudachadh gu 6-òirleach, le inbheachd teicneòlas uidheamachd taice 6-òirleach, tha teicneòlas fo-strat SiC dachaigheil cuideachd a’ leasachadh mean air mhean, agus nochdaidh eaconamaidhean sgèile loidhnichean cinneasachaidh mòra, agus tha a’ bheàrn ùine cinneasachaidh mòr-chruthach dachaigheil 6-òirleach air a lughdachadh gu 7 bliadhna. Faodaidh meud nas motha de wafer àrdachadh a thoirt air àireamh nan sgoltagan singilte, an ìre toraidh a leasachadh, agus an co-roinn de sgoltagan oir a lughdachadh, agus thèid cosgais rannsachaidh is leasachaidh agus call toraidh a chumail aig timcheall air 7%, agus mar sin a’ leasachadh cleachdadh wafer.
Tha mòran dhuilgheadasan ann fhathast ann an dealbhadh innealan
Tha malairteachadh dà-ode SiC a’ dol am feabhas mean air mhean, agus an-dràsta, tha grunn luchd-saothrachaidh dachaigheil air toraidhean SiC SBD a dhealbhadh, agus tha deagh sheasmhachd aig toraidhean SiC SBD bholtaids mheadhanach is àrd, agus ann an OBC charbadan, tha cleachdadh SiC SBD + SI IGBT a’ coileanadh dùmhlachd sruth seasmhach. An-dràsta, chan eil bacadh sam bith ann an dealbhadh peutant thoraidhean SiC SBD ann an Sìona, agus tha beàrn beag eadar iad agus dùthchannan cèin.
Tha mòran dhuilgheadasan fhathast aig SiC MOS, tha beàrn fhathast eadar SiC MOS agus luchd-saothrachaidh thall thairis, agus tha an àrd-ùrlar saothrachaidh buntainneach fhathast ga thogail. An-dràsta, tha ST, Infineon, Rohm agus SiC MOS 600-1700V eile air cinneasachadh mòr a ruighinn agus air soidhnigeadh agus lìbhrigeadh le mòran ghnìomhachasan saothrachaidh, agus ged a tha dealbhadh dachaigheil SiC MOS an-dràsta air a chrìochnachadh gu ìre mhòr, tha grunn luchd-saothrachaidh dealbhaidh ag obair le factaraidhean aig ìre sruthadh wafer, agus tha feum fhathast air beagan ùine airson dearbhadh luchd-ceannach nas fhaide air adhart, agus mar sin tha ùine mhòr ann fhathast bho mhalairteachadh mòr-sgèile.
An-dràsta, ’s e an structar rèidh an roghainn phrìomh-shruthach, agus tha an seòrsa trannsa air a chleachdadh gu farsaing ann an raon bruthadh àrd san àm ri teachd. Tha mòran de luchd-saothrachaidh SiC MOS structar rèidh ann, agus chan eil e furasta duilgheadasan briseadh sìos ionadail adhbhrachadh leis an structar rèidh an taca ris a’ chlais, a bheir buaidh air seasmhachd na h-obrach. Tha luach tagraidh farsaing aige sa mhargaidh fo 1200V, agus tha an structar rèidh an ìre mhath sìmplidh aig ceann saothrachaidh, gus coinneachadh ri dà thaobh saothrachaidh agus smachd cosgais. Tha buannachdan aig an inneal claise leithid inductance seasgair glè ìosal, astar suidse luath, call ìosal agus coileanadh an ìre mhath àrd.
2--Naidheachdan mu uaifearan SiC
Fàs cinneasachaidh is reic margaidh silicon carbide, thoir aire do mhì-chothromachadh structarail eadar solar is iarrtas
Le fàs luath ann an iarrtas a’ mhargaidh airson electronics cumhachd àrd-tricead agus àrd-chumhachd, tha crìoch corporra innealan leth-chonnsachaidh stèidhichte air silicon air fàs follaiseach mean air mhean, agus tha na stuthan leth-chonnsachaidh treas ginealach air an riochdachadh le silicon carbide (SiC) air fàs mean air mhean a’ fàs gnìomhachais. A thaobh coileanadh stuthan, tha leud beàrn còmhlan 3 uiread nas motha aig silicon carbide na stuth silicon, 10 uiread neart raon dealain briseadh sìos èiginneach, 3 uiread an seoltachd teirmeach, agus mar sin tha innealan cumhachd silicon carbide freagarrach airson tagraidhean àrd-tricead, bruthadh àrd, teòthachd àrd agus eile, a’ cuideachadh le bhith a’ leasachadh èifeachdas agus dùmhlachd cumhachd siostaman dealanach cumhachd.
An-dràsta, tha diodes SiC agus MOSFETan SiC air gluasad mean air mhean chun mhargaidh, agus tha toraidhean nas aibidh ann, agus tha diodes SiC air an cleachdadh gu farsaing an àite diodes stèidhichte air silicon ann an cuid de raointean leis nach eil buannachd aca bho bhith a’ faighinn cosgais air ais; tha MOSFET SiC cuideachd air a chleachdadh mean air mhean ann an càraichean, stòradh lùtha, cruachan cosgais, photovoltaic agus raointean eile; Ann an raon thagraidhean chàraichean, tha an gluasad modulachaidh a’ sìor fhàs follaiseach, agus feumaidh coileanadh nas fheàrr SiC a bhith an urra ri pròiseasan pacaidh adhartach gus a choileanadh. Gu teicnigeach, le ròn sligean aibidh mar phrìomh shruth, san àm ri teachd no ri leasachadh ròn plastaig, tha na feartan leasachaidh gnàthaichte aige nas freagarraiche do mhodalan SiC.
Luaths crìonadh prìs silicon carbide no nas fhaide na mac-meanmna
Tha cleachdadh innealan silicon carbide air a chuingealachadh sa mhòr-chuid leis a’ chosgais àrd, tha prìs SiC MOSFET fon aon ìre 4 tursan nas àirde na prìs IGBT stèidhichte air Si, tha seo air sgàth gu bheil pròiseas silicon carbide iom-fhillte, anns nach eil fàs criostail singilte agus epitaxial dìreach cruaidh air an àrainneachd, ach cuideachd tha an ìre fàis slaodach, agus feumaidh giullachd criostail singilte a-steach don t-substrate a dhol tro phròiseas gearraidh is snasaidh. Stèidhichte air feartan an stuth fhèin agus teicneòlas giullachd neo-aibidh, tha toradh substrate dachaigheil nas lugha na 50%, agus tha diofar nithean ag adhbhrachadh prìsean àrda substrate agus epitaxial.
Ach, tha co-dhèanamh cosgais innealan silicon carbide agus innealan stèidhichte air silicon gu tur eadar-dhealaichte, tha cosgaisean an t-substrate agus epitaxial an t-sianail aghaidh a’ dèanamh suas 47% agus 23% den inneal gu lèir fa leth, timcheall air 70% san iomlan, chan eil ceanglaichean dealbhaidh, saothrachaidh agus seulachaidh an inneil air a’ chùl-sianail a’ dèanamh suas ach 30%, tha cosgais cinneasachaidh innealan stèidhichte air silicon sa mhòr-chuid stèidhichte air saothrachadh wafer an t-sianail chùil mu 50%, agus chan eil cosgais an t-substrate a’ dèanamh suas ach 7%. Tha iongantas luach slabhraidh gnìomhachas silicon carbide bun os cionn a’ ciallachadh gu bheil còir aig luchd-saothrachaidh epitaxial substrate suas an abhainn bruidhinn, agus is e sin an iuchair do chruth iomairtean dachaigheil agus cèin.
Bho shealladh fiùghantach a’ mhargaidh, tha lughdachadh cosgais silicon carbide, a bharrachd air a bhith a’ leasachadh criostal fada silicon carbide agus a’ phròiseas slisneachaidh, a’ ciallachadh meud nan wafers a leudachadh, agus tha seo cuideachd na shlighe aibidh airson leasachadh leth-chonnsachaidh san àm a dh’ fhalbh. Tha dàta Wolfspeed a’ sealltainn gun urrainn àrdachadh fo-strat silicon carbide bho 6 òirlich gu 8 òirlich, cinneasachadh sliseagan teisteanasach àrdachadh 80% -90%, agus cuideachadh le bhith a’ leasachadh an toraidh. Faodaidh e cosgais aonaid còmhla a lughdachadh 50%.
Canar "a’ chiad bhliadhna de SiC 8-òirleach" ri 2023, agus am-bliadhna, tha luchd-saothrachaidh silicon carbide dachaigheil agus cèin a’ luathachadh cruth silicon carbide 8-òirleach, leithid tasgadh mòr Wolfspeed de 14.55 billean dolar na SA airson leudachadh cinneasachadh silicon carbide, agus tha togail ionad saothrachaidh fo-strat SiC 8-òirleach na phàirt chudromach dheth. Gus dèanamh cinnteach à solar meatailt lom SiC 200 mm san àm ri teachd do ghrunn chompanaidhean; tha Domestic Tianyue Advanced agus Tianke Heda cuideachd air aontaidhean fad-ùine a shoidhnigeadh le Infineon gus fo-stratan silicon carbide 8-òirleach a thoirt seachad san àm ri teachd.
A’ tòiseachadh bhon bhliadhna seo, bidh carbide silicon ag àrdachadh bho 6 òirlich gu 8 òirlich, agus tha Wolfspeed an dùil gum bi cosgais aonaid chip de substrate 8 òirlich air a lùghdachadh barrachd air 60% ro 2024 an taca ri cosgais aonaid chip de substrate 6 òirlich ann an 2022, agus gun fosglaidh an crìonadh cosgais margaidh nan tagraidhean tuilleadh, a rèir dàta rannsachaidh Ji Bond Consulting. Tha cuibhreann margaidh làithreach thoraidhean 8-òirleach nas lugha na 2%, agus thathar an dùil gun fhàs an cuibhreann margaidh gu timcheall air 15% ro 2026.
Gu dearbh, is dòcha gu bheil ìre crìonadh prìs fo-strat silicon carbide nas àirde na mac-meanmna mòran dhaoine. Tha an tairgse margaidh làithreach airson fo-strat 6-òirleach eadar 4000-5000 yuan/pìos. Tha an tairgse air tuiteam gu mòr an taca ri toiseach na bliadhna, agus thathar an dùil gun tuit e fo 4000 yuan an ath-bhliadhna. Is fhiach a thoirt fa-near, gus a’ chiad mhargaidh fhaighinn, gu bheil cuid de luchd-saothrachaidh air a’ phrìs reic a lùghdachadh chun loidhne cosgais gu h-ìosal. Dh’fhosgail iad a’ chogadh prìsean sa mhodail, agus tha iad gu sònraichte ag amas air solar fo-strat silicon carbide anns an raon bholtaids ìosal. Tha luchd-saothrachaidh dachaigheil agus cèin a’ leudachadh comas cinneasachaidh gu làidir, no a’ leigeil leis an ìre cus solair fo-strat silicon carbide a dhol nas tràithe na bha dùil.
Àm puist: 19 Faoilleach 2024