چالش‌های ساخت زیرلایه‌های SiC چیست؟

همانطور که فناوری نیمه هادی تکرار می شود و به سمت فرکانس های بالاتر، دماهای بالاتر، توان بالاتر و تلفات کمتر ارتقا می یابد، کاربید سیلیکون به عنوان ماده نیمه هادی برتر نسل سوم برجسته می شود و به تدریج جایگزین بسترهای سیلیکونی معمولی می شود. زیرلایه‌های کاربید سیلیکون مزایای متمایزی مانند شکاف باند وسیع‌تر، رسانایی حرارتی بالاتر، قدرت میدان الکتریکی بحرانی برتر و تحرک الکترون‌های بالاتر را ارائه می‌کنند که به گزینه‌ای ایده‌آل برای دستگاه‌های با کارایی بالا، توان بالا و فرکانس بالا در زمینه‌های پیشرفته مانند NEVs، ارتباطات 5G، فتوولتائیک و inverters.

چالش ها در ساخت بسترهای کاربید سیلیکون با کیفیت بالا

ساخت و پردازش زیرلایه های کاربید سیلیکون با کیفیت بالا شامل موانع فنی بسیار بالایی است. چالش‌های متعددی در کل فرآیند وجود دارد، از آماده‌سازی مواد خام تا ساخت محصول نهایی، که به عاملی حیاتی در محدود کردن کاربرد در مقیاس بزرگ و ارتقای صنعتی آن تبدیل شده است.

1. چالش های سنتز مواد خام

مواد اولیه اولیه برای رشد تک کریستال کاربید سیلیکون پودر کربن و پودر سیلیکون است. آنها در طول سنتز مستعد آلودگی توسط ناخالصی های محیطی هستند و حذف این ناخالصی ها دشوار است. این ناخالصی ها بر کیفیت کریستال SiC پایین دست تأثیر منفی می گذارد. علاوه بر این، واکنش ناقص بین پودر سیلیکون و پودر کربن به راحتی می تواند باعث عدم تعادل در نسبت Si/C شود و ثبات ساختار کریستالی را به خطر بیندازد. تنظیم دقیق شکل کریستال و اندازه ذرات در پودر SiC سنتز شده نیاز به پردازش دقیق پس از سنتز دارد، بنابراین مانع فنی آماده‌سازی مواد اولیه را بالا می‌برد.

2. چالش های رشد کریستال

رشد کریستال کاربید سیلیکون به دمای بیش از 2300 درجه سانتیگراد نیاز دارد که مقاومت در برابر دمای بالا و دقت کنترل حرارتی تجهیزات نیمه هادی را مورد نیاز قرار می دهد. کاربید سیلیکون متفاوت از سیلیکون تک کریستالی، سرعت رشد بسیار آهسته ای را نشان می دهد. به عنوان مثال، با استفاده از روش PVT، تنها 2 تا 6 سانتی متر کریستال کاربید سیلیکون را می توان در هفت روز رشد داد. این منجر به راندمان تولید پایین برای زیرلایه‌های کاربید سیلیکون می‌شود که ظرفیت کلی تولید را به شدت محدود می‌کند.  علاوه بر این، کاربید سیلیکون دارای بیش از 200 نوع ساختار کریستالی است که در آنها فقط چند نوع ساختار مانند 4H-SiC قابل استفاده هستند. بنابراین، کنترل دقیق پارامترها برای جلوگیری از ادغام چند شکلی و تضمین کیفیت محصول ضروری است.

3. چالش های پردازش کریستال

از آنجایی که سختی کاربید سیلیکون بعد از الماس در رتبه دوم قرار دارد که سختی برش را بسیار افزایش می دهد. در طول فرآیند برش، از دست دادن قابل توجه برش رخ می دهد، با نرخ تلفات به حدود 40٪ می رسد که منجر به راندمان بسیار کم استفاده از مواد می شود. به دلیل چقرمگی شکست کم، کاربید سیلیکون در هنگام پردازش نازک شدن مستعد ترک خوردگی و بریدگی لبه است. علاوه بر این، فرآیندهای بعدی تولید نیمه هادی، الزامات بسیار سخت گیرانه ای را بر دقت ماشینکاری و کیفیت سطح زیرلایه های کاربید سیلیکون، به ویژه در مورد زبری، صافی و تاب خوردگی سطح، تحمیل می کند. این امر چالش های قابل توجهی را برای نازک شدن، سنگ زنی و پرداخت زیرلایه های کاربید سیلیکون ایجاد می کند.

Semicorex ارائه می دهدبسترهای کاربید سیلیکوندر اندازه ها و درجه های مختلف لطفا در صورت داشتن هرگونه سوال یا اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.

تلفن: +86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com