Vilka är utmaningarna vid tillverkning av SiC-substrat?

När halvledarteknologin itererar och uppgraderas mot högre frekvenser, högre temperaturer, högre effekt och lägre förluster, sticker kiselkarbid ut som det främsta tredje generationens halvledarmaterial, som gradvis ersätter konventionella kiselsubstrat. Kiselkarbidsubstrat erbjuder distinkta fördelar, såsom ett bredare bandgap, högre värmeledningsförmåga, överlägsen kritisk elektrisk fältstyrka och högre elektronrörlighet, och blir det idealiska alternativet för högpresterande, högeffekts- och högfrekventa enheter i banbrytande fält som NEV, 5G-kommunikation, fotovoltaiska växelströmsapparater och aero-kommunikation.

Utmaningar med att tillverka högkvalitativa kiselkarbidsubstrat

Tillverkning och bearbetning av högkvalitativa kiselkarbidsubstrat innebär extremt höga tekniska barriärer. Många utmaningar kvarstår under hela processen, från råmaterialberedning till tillverkning av färdiga produkter, vilket har blivit en avgörande faktor som begränsar dess storskaliga tillämpning och industriell uppgradering.

1. Råvarusyntesutmaningar

De grundläggande råvarorna för enkristalltillväxt av kiselkarbid är kolpulver och kiselpulver. De är mottagliga för kontaminering av miljöföroreningar under deras syntes, och att avlägsna dessa föroreningar är svårt. Dessa föroreningar påverkar negativt nedströms SiC-kristallkvaliteten. Dessutom kan ofullständig reaktion mellan kiselpulvret och kolpulvret lätt orsaka en obalans i Si/C-förhållandet, vilket äventyrar kristallstrukturens stabilitet. Den exakta regleringen av kristallformen och partikelstorleken i det syntetiserade SiC-pulvret kräver strikt bearbetning efter syntes, vilket höjer den tekniska barriären för beredning av råmaterial.

2. Kristalltillväxtutmaningar

Tillväxten av kiselkarbidkristaller kräver temperaturer som överstiger 2300 ℃, vilket ställer höga krav på högtemperaturmotstånd och termisk kontrollprecision hos halvledarutrustning. Till skillnad från monokristallint kisel uppvisar kiselkarbid extremt långsamma tillväxthastigheter. Med PVT-metoden kan till exempel endast 2 till 6 centimeter kiselkarbidkristall odlas på sju dagar. Detta resulterar i låg produktionseffektivitet för kiselkarbidsubstrat, vilket kraftigt begränsar den totala tillverkningskapaciteten.  Dessutom har kiselkarbid över 200 kristallstrukturtyper, där endast ett fåtal strukturtyper som 4H-SiC är användbara. Därför är strikt kontroll av parametrar viktigt för att undvika polymorfa inneslutningar och säkerställa produktkvalitet.

3. Kristallbearbetningsutmaningar

Eftersom hårdheten hos kiselkarbid är näst efter diamant, vilket avsevärt ökar svårigheten att skära. Under skivningsprocessen uppstår betydande skärförluster, med förlustgraden som når cirka 40 %, vilket resulterar i extremt låg materialutnyttjandeeffektivitet. På grund av sin låga brottseghet är kiselkarbid benägen att spricka och kantflisa under gallringsbearbetning. Dessutom ställer efterföljande halvledartillverkningsprocesser extremt stränga krav på bearbetningsprecisionen och ytkvaliteten hos kiselkarbidsubstrat, särskilt vad gäller ytjämnhet, planhet och skevhet. Detta innebär avsevärda utmaningar när det gäller förtunning, slipning och polering av kiselkarbidsubstrat.

Semicorex erbjuderkiselkarbidsubstrati olika storlekar och kvaliteter. Kontakta oss gärna om du har frågor eller för mer information.

Tel: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com