Wat zijn de uitdagingen bij het vervaardigen van SiC-substraten?

Naarmate de halfgeleidertechnologie zich herhaalt en upgradet naar hogere frequenties, hogere temperaturen, hoger vermogen en lagere verliezen, onderscheidt siliciumcarbide zich als het belangrijkste halfgeleidermateriaal van de derde generatie, dat geleidelijk conventionele siliciumsubstraten vervangt. Siliciumcarbidesubstraten bieden duidelijke voordelen, zoals een grotere bandafstand, hogere thermische geleidbaarheid, superieure kritische elektrische veldsterkte en hogere elektronenmobiliteit, waardoor ze de ideale optie worden voor krachtige, krachtige en hoogfrequente apparaten in geavanceerde velden zoals NEV's, 5G-communicatie, fotovoltaïsche omvormers en ruimtevaart.

Uitdagingen bij het vervaardigen van hoogwaardige siliciumcarbidesubstraten

De productie en verwerking van hoogwaardige siliciumcarbidesubstraten brengen extreem hoge technische barrières met zich mee. Gedurende het hele proces blijven er talloze uitdagingen bestaan, van de voorbereiding van grondstoffen tot de fabricage van eindproducten, wat een cruciale factor is geworden die de grootschalige toepassing en industriële modernisering ervan beperkt.

1. Uitdagingen bij de synthese van grondstoffen

De basisgrondstoffen voor de monokristallijne groei van siliciumcarbide zijn koolstofpoeder en siliciumpoeder. Ze zijn tijdens hun synthese gevoelig voor verontreiniging door onzuiverheden uit de omgeving, en het verwijderen van deze onzuiverheden is moeilijk. Deze onzuiverheden hebben een negatieve invloed op de stroomafwaartse SiC-kristalkwaliteit. Bovendien kan een onvolledige reactie tussen het siliciumpoeder en het koolstofpoeder gemakkelijk een onbalans in de Si/C-verhouding veroorzaken, waardoor de stabiliteit van de kristalstructuur in gevaar komt. De nauwkeurige regeling van de kristalvorm en deeltjesgrootte in het gesynthetiseerde SiC-poeder vereist een strenge post-syntheseverwerking, waardoor de technische barrière van de bereiding van grondstoffen wordt verhoogd.

2. Uitdagingen voor kristalgroei

De groei van siliciumcarbidekristallen vereist temperaturen van meer dan 2300 ℃, wat strenge eisen stelt aan de hoge temperatuurbestendigheid en thermische controleprecisie van halfgeleiderapparatuur. Anders dan monokristallijn silicium vertoont siliciumcarbide extreem langzame groeisnelheden. Met de PVT-methode kan bijvoorbeeld in zeven dagen slechts 2 tot 6 centimeter siliciumcarbidekristal worden gekweekt. Dit resulteert in een lage productie-efficiëntie voor siliciumcarbidesubstraten, waardoor de totale productiecapaciteit ernstig wordt beperkt.  Bovendien heeft siliciumcarbide meer dan 200 kristalstructuurtypen, waarbij slechts enkele structuurtypen zoals 4H-SiC bruikbaar zijn. Daarom is een strikte controle van de parameters essentieel om polymorfe insluitsels te voorkomen en de productkwaliteit te garanderen.

3. Uitdagingen bij kristalverwerking

Omdat de hardheid van siliciumcarbide op de tweede plaats komt na die van diamant, wat de moeilijkheidsgraad van het snijden aanzienlijk vergroot. Tijdens het snijproces treedt er aanzienlijk snijverlies op, waarbij het verliespercentage ongeveer 40% bedraagt, wat resulteert in een extreem lage materiaalgebruiksefficiëntie. Vanwege de lage breuktaaiheid is siliciumcarbide gevoelig voor barsten en randafbrokkeling tijdens het verdunnen. Bovendien stellen de daaropvolgende productieprocessen van halfgeleiders extreem strenge eisen aan de bewerkingsprecisie en oppervlaktekwaliteit van siliciumcarbidesubstraten, vooral wat betreft oppervlakteruwheid, vlakheid en kromtrekken. Dit brengt aanzienlijke verwerkingsuitdagingen met zich mee voor het verdunnen, slijpen en polijsten van siliciumcarbidesubstraten.

Semicorex aanbiedingensiliciumcarbidesubstratenin diverse maten en kwaliteiten. Neem gerust contact met ons op als u vragen heeft of voor meer informatie.

Tel: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com