کاربید سیلیکون (SiC) مسیر اصلی توسعه صنعت نیمه هادی های قدرت است که می تواند به طور قابل توجهی میزان استفاده از انرژی الکتریکی را در هنگام استفاده از آن برای ساخت دستگاه های قدرت بهبود بخشد. در آینده قابل پیش بینی، وسایل نقلیه با انرژی جدید سناریوهای اصلی کاربرد دستگاه های قدرت کاربید سیلیکون خواهند بود. به عنوان پیشگام در فناوری، تسلا در ادغام تمام ماژولهای کاربید سیلیکون در مدل 3 پیشتاز بوده است و سایر شرکتهای خودروسازی خط اول نیز در حال برنامهریزی برای گسترش کاربرد کاربید سیلیکون هستند. با کاهش هزینه ساخت دستگاه های کاربید سیلیکون و بلوغ تدریجی فناوری، آینده صنعت دستگاه های قدرت کاربید سیلیکون را می توان انتظار داشت. [سیلیکون کاربید چیست؟ کاربید سیلیکون (SiC) نسل سوم مواد نیمه هادی ترکیبی است. سنگ بنای صنعت نیمه هادی تراشه ها است و مواد هسته ای برای ساخت تراشه ها به مواد نیمه هادی نسل اول (بیشتر سیلیکون با خلوص بالا که در حال حاضر به طور گسترده استفاده می شود)، مواد نیمه هادی مرکب نسل دوم (آرسنید گالیم و فسفید ایندیم) تقسیم می شوند. و نسل سوم مواد نیمه هادی مرکب (کاربید سیلیکون و نیترید گالیم) با توجه به روند تاریخی. کاربید سیلیکون به دلیل خواص فیزیکی برترش: گپ باند بالا (مرتبط با میدان الکتریکی شکست بالا و چگالی توان بالا)، رسانایی الکتریکی بالا و رسانایی حرارتی بالا، کاربید سیلیکون پرکاربردترین ماده اساسی برای تراشه های نیمه هادی در آینده خواهد بود. [خواص فیزیکی و شیمیایی کاربید سیلیکون]شکل اصلی کاربید سیلیکون در تراشه های نیمه هادی، بستر است. تراشههای نیمهرسانا را میتوان به مدارهای مجتمع و دستگاههای گسسته تقسیم کرد، اما ساختار اصلی مدارهای مجتمع و دستگاههای گسسته را میتوان به ساختار «زیر لایه-همپایی-دستگاه» تقسیم کرد. شکل اصلی کاربید سیلیکون در نیمه هادی ها به عنوان یک ماده زیرلایه است.ویفر کاربید سیلیکون یک ورق تک کریستالی است که از برش، آسیاب، پرداخت و تمیز کردن کریستال کاربید سیلیکون تشکیل شده است. به عنوان یک ماده بستر نیمه هادی، ویفر کاربید سیلیکون را می توان به دستگاه های قدرت مبتنی بر کاربید سیلیکون و دستگاه های RF مایکروویو از طریق رشد همپایه و ساخت دستگاه تبدیل کرد که یک ماده اساسی مهم برای توسعه صنعت نیمه هادی نسل سوم است. با توجه به تفاوت مقاومت، ویفرهای کاربید سیلیکون را می توان به نوع رسانا و نیمه عایق تقسیم کرد. در میان آنها، ویفرهای کاربید سیلیکون رسانا به طور عمده برای ساخت دستگاه های قدرت با دمای بالا و ولتاژ بالا، با مقیاس بزرگ در بازار استفاده می شود. زیرلایه کاربید سیلیکون نیمه عایق عمدتاً در دستگاه های RF مایکروویو و سایر زمینه ها استفاده می شود. با ساخت سریع شبکه ارتباطی 5G، تقاضای بازار به وضوح افزایش یافته است.[تحقیق در مورد فناوری پردازش کاربید سیلیکون] سختی SiC بعد از الماس در رتبه دوم قرار دارد و می توان از آن به عنوان ساینده برای ابزارهای سنگ زنی مانند چرخ های سنگ زنی استفاده کرد. از این رو چرخ های الماس زنی عمدتاً برای سنگ زنی، سنگ زنی و پرداخت استفاده می شوند که در این میان چرخ های الماسی تراش بالاترین کارایی را دارند و وسیله ای مهم برای پردازش SiC هستند. با این حال، مواد SiC نه تنها دارای ویژگیهای سختی بالا هستند، بلکه شکنندگی بالا و چقرمگی شکست پایین آن باعث میشود که به راحتی باعث شکستگی شکننده مواد در فرآیند آسیاب شود، بنابراین یک لایه شکسته سطحی بر روی سطح ماده باقی میماند. و باعث آسیب جدی سطحی و زیر سطحی می شود که بر دقت ماشینکاری تأثیر می گذارد. بنابراین، مطالعه عمیق مکانیسم سنگ زنی و آسیب زیرسطحی SiC برای بهبود راندمان آسیاب و کیفیت سطح SiC از اهمیت زیادی برخوردار است. 1. مکانیسم سنگ زنی مواد سخت و شکننده مواد سخت و شکننده را آسیاب کنید و ساینده ها بر روی آنها اثر نورد یا ریز برش دارند. هنگامی که ذرات ساینده با ضربه و ترک بر روی سطح عمل می کنند، با پیشرفت آسیاب، مقداری از ذرات ساینده تحت اثر بار سنگ زنی به قطعه کار فشرده می شوند و از نوک در معرض برای خراش دادن سطح قطعه کار برای برش ریز استفاده می شود. . بخش دیگر دانه های ساینده بین قطعه کار و دیسک سنگ زنی غلت می زنند تا عمل نورد ایجاد شود، که باعث می شود سطح قطعه کار به صورت ریزترک ها ایجاد شود و ترک گسترش می یابد تا براده های شکننده بر روی سطح قطعه کار ایجاد شود، بنابراین به هدف سطح دست می یابد. حذف از آنجایی که استحکام کششی مواد سخت و شکننده کمتر از مقاومت فشاری است، هنگامی که ذرات ساینده بارگذاری می شوند، ریزترک ها در حداکثر تنش کششی بر روی سطح مواد سخت و شکننده ایجاد می شوند. هنگامی که ترک های متقاطع گسترش می یابند و از یکدیگر عبور می کنند، قسمتی که توسط ترک احاطه شده است شکسته و به قطعات کوچک فرو می ریزد. این فرآیند اساسی تولید تراشه و تشکیل سطح هنگام آسیاب کردن مواد سخت و شکننده است. از آنجایی که کاربید سیلیکون نوعی ماده شکننده با سختی بالا است، سیال سنگ زنی ویژه مورد نیاز است. مشکل فنی اصلی آسیاب کاربید سیلیکون در اندازه گیری دقیق و کنترل ضخامت نازک شدن مواد با سختی بالا نهفته است. پس از آسیاب کردن، سطح ویفر آسیب دیده، ریزترک و تنش پسماند می شود و نازک شدن ویفر کاربید سیلیکون باعث تاب خوردگی بیشتری نسبت به ویفر کاربید سیلیکون می شود. 2. تحقیق در مورد پردازش پرداخت کاربید سیلیکون. در حال حاضر، روش های پرداخت کاربید سیلیکون عمدتاً شامل پرداخت مکانیکی، پرداخت مگنتورهولوژیک، پرداخت مکانیکی شیمیایی (CMP)، پرداخت الکتروشیمیایی (ECMP)، پرداخت به کمک کاتالیزور یا اچ به کمک کاتالیزور (CACP/CARE)، پرداخت تریبوشیمیایی (TCP) است. و پولیش با کمک پلاسما (PAP). فناوری پولیش شیمیایی (CMP) در حال حاضر وسیله مهمی برای پردازش نیمه هادی است و همچنین موثرترین فناوری برای پردازش سطح سیلیکون تک کریستال تا سطح اتمی است. این تنها فناوری عملی است که می تواند سطح بندی محلی و جهانی را در فرآیند پردازش تحقق بخشد. راندمان پردازش CMP عمدتاً با سرعت واکنش شیمیایی روی سطح قطعه کار تعیین می شود. با مطالعه تأثیر پارامترهای فرآیند بر سرعت پرداخت مواد SiC، نتایج نشان میدهد که سرعت چرخش و فشار پرداخت تأثیر زیادی دارند. و دما و مقدار pH محلول پولیش تاثیر کمی دارد. به منظور بهبود سرعت پرداخت مواد، سرعت چرخش باید تا حد امکان افزایش یابد. اگرچه افزایش فشار پولیش می تواند سرعت حذف را نیز بهبود بخشد، اما آسیب رساندن به پد پولیش آسان است. در حال حاضر، روش پرداخت کاربید سیلیکون دارای مشکلات سرعت حذف مواد کم و هزینه بالا است و هیچ سنگ زنی و پرداخت ساینده، پردازش کمکی کاتالیزوری و سایر روش های پردازش وجود ندارد. به دلیل شرایط سخت و عملکرد پیچیده دستگاه، هنوز در آزمایشگاه است و بعید است به تولید انبوه برسد. کاربید سیلیکون اولین بار در سال 1905 در شهاب سنگ ها کشف شد و اکنون عمدتاً از سنتز مصنوعی به دست می آید. کاربید سیلیکون کاربردهای زیادی دارد و گستره صنعت آن گسترده است. می توان از آن به عنوان مواد پردازش مهندسی برای سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون پلی کریستالی، آرسنید پتاسیم، کریستال شی یانگ و غیره، صنعت فتوولتائیک خورشیدی، صنعت نیمه هادی و صنعت کریستال پیزوالکتریک استفاده کرد. [جریان فرآیند پردازش کاربید سیلیکون] ویفرهای کاربید سیلیکون از پودر سیلیکون با خلوص بالا و پودر کربن با خلوص بالا به عنوان مواد خام ساخته میشوند و کریستالهای کاربید سیلیکون با انتقال فیزیکی بخار (PVT) رشد میکنند و سپس به ویفرهای کاربید سیلیکون پردازش میشوند. . ① سنتز مواد خام. پودر سیلیکون با خلوص بالا و پودر کربن با خلوص بالا با توجه به نسبت معینی مخلوط می شوند و ذرات کاربید سیلیکون با واکنش در دمای بالای 2,000 درجه سانتیگراد سنتز می شوند. پس از خرد کردن، تمیز کردن و سایر فرآیندها، مواد خام میکروپودر کاربید سیلیکون با خلوص بالا که نیازهای رشد کریستال را برآورده می کند، تهیه می شود. ② رشد کریستال. با استفاده از میکروپودر کاربید سیلیکون با خلوص بالا به عنوان ماده خام، کریستال کاربید سیلیکون توسط حمل و نقل بخار فیزیکی (PVT) در یک کوره رشد کریستال خود توسعه یافته رشد داده شد. اصل رشد آن در شکل زیر نشان داده شده است:میکروپودر کاربید سیلیکون با خلوص بالا و کریستال دانه به ترتیب در پایین و بالای یک بوته گرافیتی مهر و موم شده استوانه ای در یک کوره رشد تک کریستال قرار می گیرند. بوته با القای الکترومغناطیسی تا دمای بیش از 2,000 درجه سانتیگراد گرم می شود و دمای کریستال بذر کمی کمتر از میکروپودر پایین تر است، بنابراین یک گرادیان درجه حرارت محوری در بوته تشکیل می شود. میکروپودر کاربید سیلیکون در دمای بالا تصعید می شود و مواد گازی مانند Si2C، SiC2، Si و غیره را تشکیل می دهد و بر اثر گرادیان دما، با دمای کمتری به بلور بذر می رسد و روی آن متبلور می شود و شمش کاربید سیلیکون استوانه ای شکل می گیرد. . ③ پردازش شمش. شمش کاربید سیلیکون به دست آمده با استفاده از یک جهت دهنده تک کریستالی اشعه ایکس جهت دهی می شود، سپس صاف و نورد می شود و به کریستال کاربید سیلیکون با قطر استاندارد پردازش می شود. ④ برش کریستال. از تجهیزات برش چند سیم برای برش کریستال کاربید سیلیکون به برش های نازک با ضخامت حداکثر 1 میلی متر استفاده کنید. ⑤ ویفر آسیاب. آسیاب ویفر به میزان مسطح و زبری مورد نیاز توسط مایع سنگ زنی الماس با اندازه های مختلف ذرات. ⑥ پرداخت ویفر. ویفر پولیش کاربید سیلیکون بدون آسیب سطحی با پرداخت مکانیکی و پرداخت مکانیکی شیمیایی به دست می آید. ⑦ بازرسی ویفر. با استفاده از میکروسکوپ نوری، پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ نیروی اتمی، تستر مقاومت غیر تماسی، تستر صافی سطح، تستر جامع نقص سطح و سایر ابزار و تجهیزات، پارامترهای مختلف مانند چگالی میکروتوبول، کیفیت کریستال، زبری سطح، مقاومت، تاب خوردگی، انحنا، تغییر ضخامت، خراش سطح ویفر کاربید سیلیکون شناسایی شد و درجه کیفی ویفر بر این اساس مورد قضاوت قرار گرفت. ⑧ تمیز کردن ویفر. تمیز کردن ورق پولیش کاربید سیلیکون با ماده تمیز کننده و آب خالص برای حذف آلودگی های باقیمانده سطح مانند محلول پولیش روی ورق پرداخت و سپس دمیدن و چرخاندن ویفر توسط نیتروژن با خلوص فوق العاده بالا و خشک کن چرخشی. ویفر در یک جعبه ویفر تمیز در یک اتاق بسیار تمیز بسته بندی می شود تا یک ویفر کاربید سیلیکون را تشکیل دهد که می تواند بلافاصله در پایین دست باز شود و استفاده شود. هرچه اندازه ویفر بزرگتر باشد، رشد و پردازش کریستال مربوطه دشوارتر است، در حالی که هر چه راندمان تولید دستگاه های پایین دستی بالاتر باشد، هزینه واحد کمتر می شود. در حال حاضر، تولید کنندگان بین المللی ویفر کاربید سیلیکون عمدتاً ویفرهای کاربید سیلیکون 4 اینچ تا 6 اینچ را ارائه می دهند و شرکت های پیشرو بین المللی مانند CREE و II-VI شروع به سرمایه گذاری در ساخت خطوط تولید ویفر کاربید سیلیکون 8 اینچی کرده اند. [وضعیت صنعت کاربید سیلیکون]01. کاربید سیلیکون (SiC) یک ماده ایده آل برای دستگاه های پرقدرت است. سیلیکون اولین نسل مواد اولیه در صنعت نیمه هادی است. در حال حاضر بیش از 95 درصد از قطعات مدار مجتمع در جهان از سیلیکون ساخته شده است. در حال حاضر، با توسعه وسایل نقلیه الکتریکی، 5G و سایر کاربردها، تقاضا برای دستگاه های پرقدرت، ولتاژ بالا و فرکانس بالا به سرعت در حال افزایش است. وقتی ولتاژ از ۹۰۰ ولت بیشتر شود، برد کوتاه MOSFET و IGBT مبتنی بر سیلیکون نمایان میشود که از بسیاری جهات مانند راندمان تبدیل، فرکانس سوئیچینگ و دمای کار محدود خواهد شد. کاربید سیلیکون (SiC) به دلیل داشتن شکاف نواری پهن (۳ برابر Si)، رسانایی حرارتی بالا (۳.۳ برابر Si یا ۱۰ برابر GaAs)، نرخ مهاجرت اشباع الکترونی بالا (۲.۵ برابر Si) و میدان الکتریکی شکست بالا (۵ برابر Si یا GaAs) به طور گسترده در دستگاههای الکترونیکی با دمای بالا، ولتاژ بالا، فرکانس بالا، توان بالا، هوافضا و سایر محیطهای سخت مورد استفاده قرار میگیرد. کاربید سیلیکون از ذوب شن کوارتز، کک نفتی (یا کک زغال سنگ)، خاک اره (نمک زمانی که کاربید سیلیکون سبز تولید می شود مورد نیاز است) و سایر مواد خام در یک کوره مقاوم در دمای بالا ساخته می شود. 02. مزایای دستگاه های نیمه هادی قدرت SiC نیمه هادی نسل سوم که به دلیل ساختار فیزیکی آن به عنوان نیمه هادی باندگپ گسترده نیز شناخته می شود، عمدتاً توسط نیترید گالیوم و کاربید سیلیکون نشان داده می شود. ویژگی های عملکرد نیمه هادی آن با ویژگی های نسل اول سیلیکون و نسل دوم آرسنید گالیم متفاوت است، که باعث می شود دارای مزایای فاصله باند بالا، هدایت حرارتی بالا، قدرت میدان شکست بالا و نرخ رانش اشباع الکترون بالا باشد. بدین ترتیب میتوان دستگاههای نیمهرسانای قدرت کوچکی را توسعه داد که برای شرایط سخت مانند دمای بالا، توان بالا، ولتاژ بالا، فرکانس بالا و مقاومت در برابر تشعشع مناسبتر هستند و به طور مؤثری از محدودیتهای فیزیکی دستگاههای نیمهرسانای برق مبتنی بر سیلیکون سنتی و آنها عبور میکنند. مواد.

در حال حاضر، فرآیند اصلی آماده سازی بستر SiC تقریباً به دو مرحله تقسیم می شود: مرحله اول این است که پودر SiC در دمای بالا در یک کوره تک بلور تصعید می شود و سپس شمش SiC در کوره تک بلور تشکیل می شود. دوم، ماشینکاری، برش، آسیاب و پرداخت شمش SiC برای به دست آوردن یک ویفر شفاف یا نیمه شفاف (یعنی بستر SiC) بدون لایه آسیب و زبری کم.

جهت تکامل فنی: از نظر دستگاه ها، دستگاه های ولتاژ مقاوم بالای 3.3kv در حال توسعه هستند و طراحی ترانشه برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه معرفی شده است. از نظر بسته بندی، فرآیند بسته بندی بهینه خواهد شد تا مزایای مقاومت در برابر دمای بالا کاربید سیلیکون را به طور کامل نشان دهد.