Prospek Penerapan Substrat Silikon Karbida 12 Inci

Apa Karakteristik Material dan Persyaratan Teknis 12-InchSubstrat Silikon Karbida?

A. Sifat Dasar Fisika dan Kimia Silikon Karbida

Salah satu fitur Silicon Carbide yang paling menonjol adalah lebar celah pitanya yang lebar, sekitar 3,26 eV untuk 4H-SiC atau 3,02 eV untuk 6H-SiC, jauh lebih tinggi daripada silikon yang 1,1 eV. Celah pita yang lebar ini memungkinkan SiC beroperasi di bawah kekuatan medan listrik yang sangat tinggi dan menahan panas yang signifikan tanpa kerusakan atau gangguan termal, menjadikannya bahan pilihan untuk perangkat elektronik di lingkungan bertegangan tinggi dan bersuhu tinggi.

Medan Listrik dengan Kerusakan Tinggi: Medan listrik dengan kerusakan tinggi pada SiC (sekitar 10 kali lipat dari silikon) memungkinkannya bekerja secara stabil di bawah tegangan tinggi, mencapai kepadatan daya yang tinggi dan efisiensi dalam sistem elektronika daya, terutama pada kendaraan listrik, konverter daya, dan industri. pasokan listrik.

Ketahanan Suhu Tinggi: Konduktivitas termal SiC yang tinggi dan kemampuannya menahan suhu tinggi (hingga 600°C atau lebih tinggi) menjadikannya pilihan ideal untuk perangkat yang diperlukan untuk beroperasi di lingkungan ekstrem, khususnya di industri otomotif dan ruang angkasa.

Kinerja Frekuensi Tinggi: Meskipun mobilitas elektron SiC lebih rendah dibandingkan silikon, namun masih cukup untuk mendukung aplikasi frekuensi tinggi. Oleh karena itu, SiC memainkan peran penting dalam bidang frekuensi tinggi seperti komunikasi nirkabel, radar, dan penguat daya frekuensi tinggi.

Ketahanan Radiasi: Ketahanan radiasi SiC yang kuat terutama terlihat pada perangkat luar angkasa dan elektronik energi nuklir, karena ia dapat menahan gangguan dari radiasi eksternal tanpa penurunan kinerja material secara signifikan.

B. Indikator Teknis Utama Substrat 12 Inci

Keunggulan substrat silikon karbida 12 inci (300mm) tidak hanya tercermin dalam peningkatan ukurannya tetapi juga dalam persyaratan teknisnya yang komprehensif, yang secara langsung menentukan kesulitan produksi dan kinerja perangkat akhir.

Struktur Kristal: SiC terutama memiliki dua struktur kristal yang umum—4H-SiC dan 6H-SiC. 4H-SiC, dengan mobilitas elektron yang lebih tinggi dan konduktivitas termal yang sangat baik, lebih cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi dan daya tinggi, sedangkan 6H-SiC memiliki kepadatan cacat yang lebih tinggi dan kinerja elektronik yang lebih buruk, biasanya digunakan untuk aplikasi berdaya rendah dan frekuensi rendah. Untuk media berukuran 12 inci, memilih struktur kristal yang sesuai sangatlah penting. 4H-SiC, dengan cacat kristal lebih sedikit, lebih cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi dan daya tinggi.

Kualitas Permukaan Substrat: Kualitas permukaan media berdampak langsung pada kinerja perangkat. Kehalusan permukaan, kekasaran, dan kepadatan cacat semuanya harus dikontrol dengan ketat. Permukaan yang kasar tidak hanya mempengaruhi kualitas kristal perangkat tetapi juga dapat menyebabkan kegagalan perangkat secara dini. Oleh karena itu, meningkatkan kehalusan permukaan substrat melalui teknologi seperti Chemical Mechanical Polishing (CMP) sangatlah penting.

Kontrol Ketebalan dan Keseragaman: Peningkatan ukuran media 12 inci berarti persyaratan yang lebih tinggi untuk keseragaman ketebalan dan kualitas kristal. Ketebalan yang tidak konsisten dapat menyebabkan tekanan termal yang tidak merata, sehingga memengaruhi kinerja dan keandalan perangkat. Untuk memastikan substrat 12 inci berkualitas tinggi, pertumbuhan yang tepat serta proses pemotongan dan pemolesan selanjutnya harus dilakukan untuk menjamin konsistensi ketebalan.

C. Keuntungan Ukuran dan Produksi Substrat 12 Inci

Ketika industri semikonduktor beralih ke substrat yang lebih besar, substrat silikon karbida 12 inci menawarkan keuntungan signifikan dalam efisiensi produksi dan efektivitas biaya. Dibandingkan dengan tradisionalSubstrat 6 inci dan 8 inci, substrat 12 inci dapat menghasilkan lebih banyak potongan chip, sehingga meningkatkan jumlah chip yang diproduksi per proses produksi, sehingga mengurangi biaya unit chip secara signifikan. Selain itu, ukuran substrat 12 inci yang lebih besar menyediakan platform yang lebih baik untuk produksi sirkuit terpadu yang efisien, mengurangi langkah-langkah produksi yang berulang, dan meningkatkan efisiensi produksi secara keseluruhan.

Bagaimana Substrat Silikon Karbida 12 Inci Diproduksi?

A. Teknik Pertumbuhan Kristal

Metode Sublimasi (PVT):

Metode Sublimasi (Transportasi Uap Fisik, PVT) adalah salah satu teknik pertumbuhan kristal silikon karbida yang paling umum digunakan, terutama cocok untuk produksi substrat silikon karbida berukuran besar. Dalam proses ini, bahan mentah silikon karbida menyublim pada suhu tinggi, dan gas karbon dan silikon bergabung kembali pada substrat panas untuk tumbuh menjadi kristal. Keunggulan metode sublimasi antara lain kemurnian bahan yang tinggi dan kualitas kristal yang baik, cocok untuk produksi dengan permintaan tinggiSubstrat 12 inci. Namun, metode ini juga menghadapi beberapa tantangan, seperti tingkat pertumbuhan yang lambat dan tingginya persyaratan pengendalian suhu dan atmosfer yang ketat.

Metode CVD (Deposisi Uap Kimia):

Dalam proses CVD, prekursor gas (seperti SiCl₄ dan C₆H₆) terurai dan disimpan ke substrat untuk membentuk film pada suhu tinggi. Dibandingkan dengan PVT, metode CVD dapat memberikan pertumbuhan film yang lebih seragam dan cocok untuk akumulasi material film tipis dan fungsionalisasi permukaan. Meskipun metode CVD memiliki beberapa kesulitan dalam pengendalian ketebalan, metode ini masih banyak digunakan untuk meningkatkan kualitas kristal dan keseragaman substrat.

B. Teknik Pemotongan dan Pemolesan Substrat

Pemotongan Kristal:

Memotong substrat berukuran 12 inci dari kristal berukuran besar adalah teknik yang rumit. Proses pemotongan kristal memerlukan kontrol tekanan mekanis yang tepat untuk memastikan bahwa substrat tidak retak atau retak mikro selama pemotongan. Untuk meningkatkan akurasi pemotongan, teknologi pemotongan laser sering digunakan, atau dikombinasikan dengan alat mekanis ultrasonik dan presisi tinggi untuk meningkatkan kualitas pemotongan.

Perawatan Poles dan Permukaan:

Chemical Mechanical Polishing (CMP) adalah teknologi utama untuk meningkatkan kualitas permukaan substrat. Proses ini menghilangkan cacat mikro pada permukaan substrat melalui aksi sinergis gesekan mekanis dan reaksi kimia, memastikan kehalusan dan kerataan. Perawatan permukaan tidak hanya meningkatkan kilap media namun juga mengurangi cacat permukaan, sehingga mengoptimalkan kinerja perangkat selanjutnya.

C. Pengendalian Cacat Substrat dan Pemeriksaan Kualitas

Jenis Cacat:

Cacat umum padasubstrat silikon karbidatermasuk dislokasi, cacat kisi, dan retakan mikro. Cacat ini secara langsung dapat mempengaruhi kinerja listrik dan stabilitas termal perangkat. Oleh karena itu, penting untuk mengontrol secara ketat terjadinya cacat ini selama pertumbuhan, pemotongan, dan pemolesan substrat. Dislokasi dan cacat kisi biasanya berasal dari pertumbuhan kristal yang tidak tepat atau suhu pemotongan yang berlebihan.

Penilaian Kualitas:

Untuk memastikan kualitas media, teknologi seperti Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Atomic Force Microscopy (AFM) biasanya digunakan untuk pemeriksaan kualitas permukaan. Selain itu, uji kinerja kelistrikan (seperti konduktivitas dan mobilitas) dapat menilai kualitas media lebih lanjut.

Di Bidang Manakah Substrat Silikon Karbida 12 Inci Diterapkan?

A. Perangkat Elektronika Daya dan Semikonduktor Daya

Substrat silikon karbida 12 inci banyak digunakan pada perangkat semikonduktor daya, khususnya pada MOSFET, IGBT, dan dioda Schottky. Perangkat ini banyak diterapkan dalam manajemen daya yang efisien, pasokan listrik industri, konverter, dan kendaraan listrik. Toleransi tegangan tinggi dan karakteristik kehilangan peralihan yang rendah pada perangkat SiC memungkinkan perangkat tersebut meningkatkan efisiensi konversi daya secara signifikan, mengurangi kehilangan energi, dan mendorong pengembangan teknologi energi ramah lingkungan.

B. Energi Baru dan Kendaraan Listrik

Pada kendaraan listrik, substrat silikon karbida 12 inci dapat meningkatkan efisiensi sistem penggerak listrik serta meningkatkan kecepatan dan jangkauan pengisian baterai. Karena kemampuanbahan silikon karbidaagar dapat menangani sinyal tegangan tinggi dan frekuensi tinggi secara efektif, sinyal ini juga sangat diperlukan dalam peralatan pengisian daya berkecepatan tinggi di stasiun pengisian kendaraan listrik.

C. Komunikasi 5G dan Elektronik Frekuensi Tinggi

Substrat silikon karbida 12 inci, dengan kinerja frekuensi tinggi yang sangat baik, banyak digunakan di stasiun pangkalan 5G dan perangkat RF frekuensi tinggi. Mereka dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi transmisi sinyal dan mengurangi kehilangan sinyal, mendukung transmisi data berkecepatan tinggi pada jaringan 5G.

D.Bidang Energi

Substrat silikon karbida juga memiliki aplikasi penting dalam bidang energi terbarukan seperti inverter fotovoltaik dan pembangkit listrik tenaga angin. Dengan meningkatkan efisiensi konversi energi, perangkat SiC dapat mengurangi kehilangan energi dan meningkatkan stabilitas dan keandalan peralatan jaringan listrik.

Apa Tantangan dan Hambatan Substrat Silikon Karbida 12 Inci?

A. Biaya Pembuatan dan Produksi Skala Besar

Biaya produksi 12 inciwafer silikon karbidamasih tinggi, terutama tercermin pada investasi bahan baku, peralatan, serta penelitian dan pengembangan teknologi. Cara menerobos tantangan teknis produksi skala besar dan mengurangi biaya produksi satuan adalah kunci untuk mempromosikan mempopulerkan teknologi silikon karbida.

B. Cacat Substrat dan Konsistensi Kualitas

Meskipun media 12 inci memiliki keunggulan produksi, cacat masih dapat terjadi selama proses pertumbuhan kristal, pemotongan, dan pemolesan, sehingga menyebabkan kualitas media tidak konsisten. Cara mengurangi kepadatan cacat dan meningkatkan konsistensi kualitas melalui teknologi inovatif merupakan fokus penelitian di masa depan.

C. Permintaan Pemutakhiran Peralatan dan Teknologi

Permintaan akan peralatan pemotongan dan pemolesan presisi tinggi semakin meningkat. Pada saat yang sama, pemeriksaan kualitas substrat yang tepat berdasarkan teknologi deteksi baru (seperti mikroskop gaya atom, pemindaian berkas elektron, dll.) adalah kunci untuk meningkatkan efisiensi produksi dan kualitas produk.

Kami di Semicorex menyediakan berbagaiWafer Berkualitas Tinggidirancang dengan cermat untuk memenuhi tuntutan persyaratan industri semikonduktor, jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon: +86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com