רשת תעשיית הסיליקון קרביד במדינה שלי!

סיליקון קרביד (SiC) הוא כיוון הפיתוח העיקרי של תעשיית מוליכים למחצה כוח, אשר יכול לשפר משמעותית את קצב הניצול של אנרגיה חשמלית כאשר היא משמשת לייצור מכשירי חשמל. בעתיד הנראה לעין, רכבי אנרגיה חדשים יהיו תרחישי היישום העיקריים של התקני כוח סיליקון קרביד. כחלוצה בטכנולוגיה, טסלה לקחה את ההובלה בשילוב כל מודולי הסיליקון קרביד בדגם 3, וחברות מכוניות אחרות מהשורה הראשונה מתכננות גם הן להרחיב את היישום של סיליקון קרביד. עם ירידת עלות הייצור של מכשירי סיליקון קרביד והבשלות ההדרגתית של הטכנולוגיה, ניתן לצפות לעתיד של תעשיית מכשירי כוח סיליקון קרביד. [מהו סיליקון קרביד? סיליקון קרביד (SiC) הוא חומר מוליכים למחצה מורכבים מהדור השלישי. אבן הפינה של תעשיית המוליכים למחצה היא שבבים, וחומרי הליבה לייצור שבבים מחולקים לחומרי מוליכים למחצה מהדור הראשון (בעיקר סיליקון בטוהר גבוה שנמצא בשימוש נרחב כיום), חומרים מורכבים של מוליכים למחצה מהדור השני (גליום ארסניד ואינדיום פוספיד) וחומרי מוליכים למחצה מורכבים מהדור השלישי (סיליקון קרביד וגליום ניטריד) לפי התהליך ההיסטורי. בגלל המאפיינים הפיזיקליים המעולים שלו: פער פס גבוה (המתאים לשדה חשמלי גבוה וצפיפות הספק גבוהה), מוליכות חשמלית גבוהה ומוליכות תרמית גבוהה, סיליקון קרביד יהיה החומר הבסיסי הנפוץ ביותר עבור שבבי מוליכים למחצה בעתיד. [מאפיינים פיסיים וכימיים של סיליקון קרביד]הצורה העיקרית של סיליקון קרביד בשבבי מוליכים למחצה היא מצע. ניתן לחלק שבבי מוליכים למחצה למעגלים משולבים ולהתקנים נפרדים, אך ניתן לחלק את המבנה הבסיסי של מעגלים משולבים וגם של התקנים בדידים למבנה "מצע-אפיטקסיאלי-התקן". הצורה העיקרית של סיליקון קרביד במוליכים למחצה היא כחומר מצע.פרוסות סיליקון קרביד היא יריעת גביש אחת שנוצרת על ידי חיתוך, שחיקה, ליטוש וניקוי גביש סיליקון קרביד. כחומר מצע מוליכים למחצה, ניתן להפוך פרוסות סיליקון קרביד להתקני כוח מבוססי סיליקון קרביד ולהתקני RF מיקרוגל באמצעות גידול אפיטקסיאלי וייצור מכשירים, שהוא חומר בסיסי חשוב לפיתוח תעשיית המוליכים למחצה מהדור השלישי. על פי ההבדל בהתנגדות, ניתן לחלק פרוסות סיליקון קרביד לסוג מוליך וסוג מבודד למחצה. ביניהם, פרוסות סיליקון קרביד מוליכות משמשות בעיקר לייצור התקני כוח בטמפרטורה גבוהה ובמתח גבוה, בקנה מידה שוק גדול; מצע סיליקון קרביד מבודד למחצה משמש בעיקר בהתקני RF מיקרוגל ובתחומים אחרים. עם הבנייה המואצת של רשת תקשורת 5G, הביקוש בשוק גדל כמובן.[מחקר על טכנולוגיית עיבוד של סיליקון קרביד] הקשיות של SiC היא שנייה רק לזו של יהלום, והוא יכול לשמש כחומר שוחקים לכלי השחזה כגון גלגלי השחזה. לכן, גלגלי שיוף יהלום משמשים בעיקר לטחינה, השחזה והברקה, ביניהם גלגלי שיוף יהלום בעלי היעילות הגבוהה ביותר ומהווים אמצעי חשוב לעיבוד SiC. עם זאת, לחומר SiC יש לא רק מאפיינים של קשיות גבוהה, אלא גם שבירותו הגבוהה וקשיחות השבר הנמוכה שלו מקלים לגרום לשבר שביר של החומר בתהליך הטחינה, ובכך להשאיר שכבה שבורה משטח על פני החומר, וגרימת נזק משטח ותת-קרקע חמור, אשר משפיע על דיוק העיבוד. לכן, ישנה משמעות רבה לחקור לעומק את מנגנון ההשחזה ואת הנזק התת-קרקעי של SiC כדי לשפר את יעילות הטחינה ואיכות פני השטח של SiC. 1. מנגנון שחיקה של חומרים קשים ושבירים טוחנים חומרים קשים ושבירים, ולחומרי שוחקים יש השפעות גלגול או חיתוך מיקרו עליהם. כאשר חלקיקים שוחקים פועלים על פני השטח עם בליטות וסדקים, עם התקדמות ההשחזה, חלקיקי שוחקים מסוימים נלחצים לתוך חומר העבודה תחת פעולת עומס השחזה, והקצה החשוף משמש לשריטת פני השטח של חומר העבודה לחיתוך מיקרו . החלק השני של הגרגירים השוחקים מתגלגל בין חומר העבודה ודיסק השחזה כדי לייצר פעולת גלגול, מה שגורם לפני השטח של חומר העבודה ליצור סדקים מיקרו, והסדק מתרחב ליצירת שבבים שבירים על פני השטח של חומר העבודה, ובכך משיג את מטרת המשטח הֲסָרָה. מכיוון שחזק המתיחה של חומרים קשים ושבירים נמוך מחוזק הלחיצה, כאשר חלקיקי השוחקים מועמסים, יווצרו מיקרו-סדקים במתח המתיחה המרבי על פני השטח של חומרים קשים ושבירים. כאשר סדקים חוצים זה לזה מתרחבים וחוצים זה את זה, החלק המוקף בסדקים ישבר ויתמוטט לחתיכות קטנות. זהו התהליך הבסיסי של יצירת שבבים ויצירת פני השטח בעת שחיקה של חומרים קשים ושבירים. מכיוון שסיליקון קרביד הוא סוג של חומר שביר בעל קשיות גבוהה, יש צורך בנוזל טחינה מיוחד. הקושי הטכני העיקרי של טחינת סיליקון קרביד טמון במדידה ובבקרה מדויקת של עובי הדליל של חומר בעל קשיות גבוהה. לאחר השחזה, פני השטח של הפרוסה ייפגעו, מיקרו-סדקים ולחץ שיורי, והדילול של פרוסות סיליקון קרביד יגרום לעיוות רב יותר מזה של פרוסות סיליקון קרביד. 2. מחקר על עיבוד ליטוש של סיליקון קרביד. נכון להיום, שיטות הליטוש של סיליקון קרביד כוללות בעיקר ליטוש מכני, ליטוש מגנטוריאולוגי, ליטוש כימי מכני (CMP), ליטוש אלקטרוכימי (ECMP), ליטוש בעזרת זרז או תחריט בעזרת זרז (CACP/CARE), ליטוש טריבוכימי (TCP) וליטוש בעזרת פלזמה (PAP). טכנולוגיית ליטוש כימי (CMP) היא אמצעי חשוב לעיבוד מוליכים למחצה כיום, והיא גם הטכנולוגיה היעילה ביותר לעיבוד פני השטח של סיליקון גביש יחיד לרמה אטומית. זוהי הטכנולוגיה המעשית היחידה שיכולה לממש פלניזציה מקומית וגלובלית בתהליך העיבוד. יעילות העיבוד של CMP נקבעת בעיקר על ידי קצב התגובה הכימית על משטח העבודה. על ידי לימוד השפעת פרמטרי תהליך על קצב הליטוש של חומרי SiC, התוצאות מראות כי לקצב הסיבוב וללחץ הליטוש יש השפעה רבה; ולטמפרטורה וערך ה-pH של תמיסת ליטוש יש השפעה מועטה. על מנת לשפר את קצב הליטוש של החומרים, יש להגביר את מהירות הסיבוב ככל האפשר. למרות שהגברת לחץ הליטוש יכולה גם לשפר את קצב ההסרה, קל להזיק לרפידת הליטוש. נכון לעכשיו, לשיטת הליטוש של סיליקון קרביד יש בעיות של קצב הסרת חומרים נמוך ועלות גבוהה, ואין השחזה וליטוש שוחקים, עיבוד עזר קטליטי ושיטות עיבוד אחרות. בגלל התנאים התובעניים והתפעול המסובך של המכשיר, הוא עדיין נמצא במעבדה, ולא סביר שהוא יממש ייצור המוני. סיליקון קרביד התגלה לראשונה במטאוריטים בשנת 1905, וכעת הוא מגיע בעיקר מסינתזה מלאכותית. לסיליקון קרביד שימושים רבים, וטווח התעשייה שלו רחב. זה יכול לשמש כחומרי עיבוד הנדסיים לסיליקון חד-גבישי, סיליקון רב-גבישי, אשלגן ארסניד, גביש Shi Ying וכו', תעשיית פוטו-וולטאית סולארית, תעשיית מוליכים למחצה ותעשיית גבישים פיזואלקטריים. [זרימת תהליך של עיבוד סיליקון קרביד] פרוסות סיליקון קרביד עשויות מאבקת סיליקון בטוהר גבוה ואבקת פחמן בטוהר גבוה כחומרי גלם, וגבישי סיליקון קרביד גדלים על ידי הובלת אדים פיזית (PVT), ולאחר מכן מעובדים לפרוסות סיליקון קרביד . ① סינתזת חומר גלם. אבקת סיליקון בטוהר גבוה ואבקת פחמן בטוהר גבוה מעורבבים לפי פרופורציה מסוימת, וחלקיקי הסיליקון קרביד מסונתזים על ידי תגובה בטמפרטורה גבוהה של מעל 2,000 ℃. לאחר ריסוק, ניקוי ותהליכים אחרים, מכינים חומרי גלם מיקרו-אבקת סיליקון קרביד העומדים בדרישות של צמיחת גבישים בטוהר גבוה. ② צמיחת קריסטל. שימוש במיקרו-אבקת סיליקון קרביד בטוהר גבוה כחומר גלם, גביש סיליקון קרביד גדל על ידי הובלת אדים פיזית (PVT) בכבשן גידול גבישים שפותח בעצמו. עקרון הצמיחה שלו מוצג באיור הבא:מיקרו-אבקת סיליקון קרביד וקריסטל זרעים ממוקמים בהתאמה בחלק התחתון והחלק העליון של כור כור גרפיט אטום גלילי בכבשן גידול גביש יחיד. כור ההיתוך מחומם למעל 2,000℃ על ידי אינדוקציה אלקטרומגנטית, וטמפרטורת גביש הזרע נמוכה במקצת מזו של המיקרו-אבקה התחתונה, וכך נוצרת שיפוע טמפרטורה צירי בכור ההיתוך. אבקת מיקרו של סיליקון קרביד עוברת סובלימציה בטמפרטורה גבוהה ליצירת חומרים גזים כגון Si2C, SiC2, Si וכו', ומונעת על ידי שיפוע טמפרטורה, היא מגיעה לגביש הזרע בטמפרטורה נמוכה יותר, ומתגבשת עליו ליצירת מטיל סיליקון קרביד גלילי. . ③ עיבוד מטיל. מטיל הסיליקון קרביד המתקבל מכוון על ידי שימוש במכוון קריסטל יחיד בקרני רנטגן, לאחר מכן טחון שטוח ומגולגל, ומעובד לגביש סיליקון קרביד בקוטר סטנדרטי. ④ חיתוך קריסטל. השתמש בציוד חיתוך רב חוטי כדי לחתוך את גביש הסיליקון קרביד לפרוסות דקות בעובי של לא יותר מ-1 מ"מ. ⑤ טחינת רקיק. טחינת הוופל לשטיחות ולחספוס הנדרשים על ידי נוזל טחינת יהלום בגדלים שונים של חלקיקים. ⑥ ליטוש פרוסות. פרוסת ליטוש סיליקון קרביד ללא נזק פני השטח מתקבלת על ידי ליטוש מכני וליטוש מכני כימי. ⑦ בדיקת פרוסות. שימוש במיקרוסקופ אופטי, דיפרקטומטר רנטגן, מיקרוסקופ כוח אטומי, בודק התנגדות ללא מגע, בודק שטוחות פני השטח, בודק מקיף פגמי פני השטח ומכשירים וציוד אחרים, פרמטרים שונים כגון צפיפות מיקרו-צינוריות, איכות גביש, חספוס פני השטח, התנגדות, עיוות, זוהו עקמומיות, שינוי בעובי, שריטות פני השטח של פרוסות סיליקון קרביד, ודרגת האיכות של הפרוסה נשפטה בהתאם. ⑧ ניקוי פרוסות. ניקוי יריעת הליטוש סיליקון קרביד עם חומר ניקוי ומים טהורים כדי להסיר את שאריות המזהמים פני השטח כגון תמיסת ליטוש על יריעת הליטוש, ולאחר מכן ניפוח וסובבת הוופל על ידי חנקן בטוהר גבוה במיוחד ומייבש ספין; הפרוסה נארזת בקופסת רקיק נקיה בחדר נקי במיוחד ליצירת פרוסת סיליקון קרביד הניתנת לפתיחה ושימוש מיד במורד הזרם. ככל שגודל הפרוסים גדול יותר, כך קשה יותר לגדל ולעבד את הגביש המתאים, בעוד שככל שיעילות הייצור של התקנים במורד הזרם גבוהה יותר, כך עלות היחידה נמוכה יותר. נכון לעכשיו, יצרני פרוסות סיליקון קרביד בינלאומיים מספקים בעיקר פרוסות סיליקון קרביד בגודל 4 אינץ' עד 6 אינץ', ומפעלים בינלאומיים מובילים כמו CREE ו-II-VI החלו להשקיע בבניית קווי ייצור פרוסות סיליקון קרביד בגודל 8 אינץ'. [מצב תעשיית הסיליקון קרביד]01. סיליקון קרביד (SiC) הוא חומר אידיאלי עבור מכשירים בעלי הספק גבוה. סיליקון הוא הדור הראשון של החומר הבסיסי בתעשיית המוליכים למחצה. כיום, יותר מ-95% ממרכיבי המעגלים המשולבים בעולם עשויים מסיליקון. נכון לעכשיו, עם התפתחותם של כלי רכב חשמליים, 5G ויישומים אחרים, הביקוש למכשירים בעלי הספק גבוה, מתח גבוה ותדר גבוה עולה במהירות. כאשר המתח גדול מ-900 וולט, הלוח הקצר של רכיבי MOSFET ו-IGBT מבוססי סיליקון יהיה חשוף, דבר שיוגבל בהיבטים רבים כגון יעילות המרה, תדר מיתוג וטמפרטורת עבודה. סיליקון קרביד (SiC) נמצא בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים בטמפרטורה גבוהה, מתח גבוה, תדר גבוה, הספק גבוה, תעופה וחלל וסביבות קיצוניות אחרות בזכות פער האנרגיה הרחב שלו (פי 3 מסיליקון), מוליכות תרמית גבוהה (פי 3.3 מסיליקון או פי 10 מ-GaAs), קצב נדידת רוויון אלקטרונים גבוה (פי 2.5 מסיליקון) ושדה חשמלי מפורק גבוה (פי 5 מסיליקון או GaAs). סיליקון קרביד מיוצר על ידי התכת חול קוורץ, קוק נפט (או קוק פחם), נסורת (יש צורך במלח כאשר מייצרים סיליקון קרביד ירוק) וחומרי גלם אחרים בכבשן התנגדות בטמפרטורה גבוהה. 02. היתרונות של מכשירי מוליכים למחצה כוח SiC מוליך למחצה מהדור השלישי, הידוע גם כמוליכים למחצה רחבים בגלל המבנה הפיזי שלו, מיוצג בעיקר על ידי גליום ניטריד וסיליקון קרביד. מאפייני הביצועים של המוליכים למחצה שלו שונים מאלה של הסיליקון מהדור הראשון ושל גליום ארסניד מהדור השני, מה שהופך אותו ליתרונות של פער פס גבוה, מוליכות תרמית גבוהה, חוזק שדה פירוק גבוה וקצב סחיפה גבוה של רווית אלקטרונים. בכך יכולת לפתח התקני מוליכים למחצה הספק ממוזערים המתאימים יותר לתנאים קשים כמו טמפרטורה גבוהה, הספק גבוה, מתח גבוה, תדר גבוה ועמידות לקרינה, ולפרוץ ביעילות את הגבולות הפיזיים של התקני מוליכים למחצה מסורתיים מבוססי סיליקון ושלהם. חומרים.

נכון לעכשיו, תהליך ההכנה העיקרי של מצע SiC מחולק באופן גס לשני שלבים: השלב הראשון הוא שאבקת SiC עוברת סובלימציה בטמפרטורה גבוהה בכבשן גביש יחיד ואז נוצר מטיל SiC בכבשן הגביש היחיד; שנית, עיבוד גס, חיתוך, שחיקה והברקה של מטיל ה- SiC כדי להשיג רקיק SiC שקוף או שקוף (כלומר מצע SiC) ללא שכבת נזק וחספוס נמוך.

כיוון התפתחות טכנית: במונחים של מכשירים, מפותחים התקני מתח גבוה מעל 3.3kv, ועיצוב תעלות הוצג כדי לשפר את ביצועי המכשיר ואמינותם; מבחינת אריזה, תהליך האריזה יעבור אופטימיזציה כדי לתת משחק מלא ליתרונות העמידות בטמפרטורה גבוהה של סיליקון קרביד.