Cómo procesar el carburo de silicio?
How to process carburo de silicio?
- Silicon carbide is the key material of the power semiconductor industry, but its hardness makes every processing step demanding.
- SiC processing flows from crystal growth through slicing, grinding and polishing, with diamond-based tooling used at each hard-material step.
Carburo de silicio (Sic) El material es la principal dirección de desarrollo de la industria de semiconductores de potencia. Se utiliza para fabricar dispositivos de potencia y puede mejorar significativamente la tasa de utilización de la energía eléctrica. En un futuro previsible, Los vehículos de nueva energía serán el principal escenario de aplicación de los dispositivos de potencia de carburo de silicio.
Como pionero de la tecnología, Tesla ha tomado la delantera en la integración de módulos completos de carburo de silicio en el Model 3, Y otras compañías automotrices de primer nivel también planean expandir la aplicación del carburo de silicio. Con la disminución del costo de fabricación de los dispositivos de carburo de silicio y la madurez gradual de la tecnología de procesos, El futuro de la industria de dispositivos de potencia de carburo de silicio es prometedor.
¿Qué es el carburo de silicio??
Carburo de silicio (Sic) es un material semiconductor compuesto de tercera generación. La piedra angular de la industria de los semiconductores son los chips. Los materiales principales para fabricar chips se dividen en::
La primera generación de materiales semiconductores (en su mayoría silicio de alta pureza que se usa ampliamente en la actualidad), La segunda generación de materiales semiconductores compuestos (arseniuro de galio, Fosfuro de indio), Materiales semiconductores compuestos de tercera generación (carburo de silicio, nitruro de galio).
Debido a sus propiedades físicas superiores: alta brecha de banda (correspondiente a un campo eléctrico de alta ruptura y alta densidad de potencia), Alta conductividad eléctrica, y alta conductividad térmica, El carburo de silicio será el material básico más utilizado para fabricar chips semiconductores en el futuro.
La forma principal de carburo de silicio en los chips semiconductores es el sustrato. Los chips semiconductores se dividen en circuitos integrados y dispositivos discretos, sino ya sea un circuito integrado o un dispositivo discreto, Su estructura básica se puede dividir en un “sustrato-epitaxial-dispositivo” estructura. La forma principal de carburo de silicio en los semiconductores es como material de sustrato.
La oblea de carburo de silicio es una rodaja delgada de un solo cristal formada por corte, molienda, pulido, Limpieza y otros procesos del cristal de carburo de silicio. Como material de sustrato semiconductor, Las obleas de carburo de silicio se pueden convertir en dispositivos de potencia basados en carburo de silicio y dispositivos de radiofrecuencia de microondas a través del crecimiento epitaxial, Fabricación de dispositivos y otros enlaces, y son un material básico importante para el desarrollo de la industria de semiconductores de tercera generación.
De acuerdo con diferentes resistividades, Las obleas de carburo de silicio se pueden dividir en tipo conductor y tipo semiaislante. Entre ellos, Las obleas conductoras de carburo de silicio se utilizan principalmente en la fabricación de dispositivos de potencia de alta temperatura y alto voltaje, con un gran tamaño de mercado; Los sustratos semiaislantes de carburo de silicio se utilizan principalmente en dispositivos de radiofrecuencia de microondas y otros campos.
Con la construcción acelerada de redes de comunicación 5G, La demanda del mercado ha aumentado significativamente. La dureza del SiC solo es superada por el diamante. No solo tiene las características de alta dureza, pero también tiene alta fragilidad y baja tenacidad a la fractura.
Proceso de procesamiento de carburo de silicio
Las obleas de carburo de silicio utilizan polvo de silicio de alta pureza y polvo de carbono de alta pureza como materias primas, y utilizar el transporte físico de vapor (PVT) para cultivar cristales de carburo de silicio y procesarlos en obleas de carburo de silicio.
(1) Síntesis de materias primas. El polvo de silicio de alta pureza y el polvo de carbono de alta pureza se mezclan en una cierta proporción, y las partículas de carburo de silicio se sintetizan por reacción a una alta temperatura por encima 2,000 °C. Después de triturar, Limpieza y otros procesos, Se obtienen materias primas de micropolvo de carburo de silicio de alta pureza que cumplen con los requisitos de crecimiento de cristales.
(2) Crecimiento de cristales. Uso de micropolvo de carburo de silicio de alta pureza como materia prima, Utilizando el horno de crecimiento de cristales de desarrollo propio, El cristal de carburo de silicio se cultiva mediante el método de transporte físico de vapor (Método PVT).
El polvo de carburo de silicio de alta pureza y el cristal semilla se colocaron en la parte inferior y superior del crisol de grafito sellado cilíndricamente en el horno de crecimiento monocristalino, respectivamente.
El crisol se calienta por encima de los 2.000 °C por inducción electromagnética, y se controla que la temperatura en el cristal semilla sea ligeramente más baja que la de la parte inferior del micropolvo, formando un gradiente de temperatura axial en el crisol.
El micropolvo de carburo de silicio se sublima a alta temperatura para formar Si2C, SiC2, Si y otras sustancias en fase gaseosa, y es impulsado por un gradiente de temperatura para alcanzar el cristal semilla con una temperatura más baja, y cristaliza en él para formar un lingote cilíndrico de carburo de silicio.
(3)Procesamiento de lingotes. El lingote de carburo de silicio preparado se orienta mediante un instrumento de orientación monocristalino de rayos X, y luego moler, Rodado, y recorte de carburo de silicio Cristales de tamaño estándar de diámetro. El último proceso para Recorte de carburo de silicio crystals utiliza un sierra de bucle de hilo de diamante para recortar.
(4)Corte de cristal. Uso de equipos de corte de alambre múltiple, Los cristales de carburo de silicio se cortan en rodajas finas de hasta 1 mm de grosor.
(5)Molienda de obleas. Las obleas se muelen hasta obtener la planitud y rugosidad deseadas a través de una lechada de diamante de diferentes tamaños de partícula.
(6) Pulido de obleas. La lámina de pulido de carburo de silicio sin daños en la superficie se obtiene mediante pulido mecánico y pulido mecánico químico.
(7) Detección de obleas.
Uso de microscopio óptico, Difractómetro de rayos X, Microscopio de fuerza atómica, probador de resistividad sin contacto, probador de planitud superficial, Probador integral de defectos superficiales y otros equipos, Detectar la densidad de microtubos, Calidad del cristal, Rugosidad superficial, resistividad, Alabeo, curvatura, Cambio de espesor, arañazos superficiales y otros parámetros de la oblea de carburo de silicio, y determinar el nivel de calidad de la oblea en consecuencia;.
(8) Limpieza de obleas. La lámina de pulido de carburo de silicio se limpia con agente de limpieza y agua pura para eliminar los contaminantes de la superficie, como el líquido de pulido, que queda en la hoja de pulido, Y luego la oblea se sopla y se seca con nitrógeno de ultra alta pureza y una máquina de secado; La sala limpia se empaqueta en un casete de oblea limpio para formar una oblea de carburo de silicio lista para su uso posterior.
Cuanto mayor sea el tamaño de la oblea, más difícil es cultivar y procesar el cristal correspondiente, y cuanto mayor sea la eficiencia de fabricación de los dispositivos posteriores y menor sea el costo unitario. Actualmente, Los fabricantes internacionales de obleas de carburo de silicio proporcionan principalmente obleas de carburo de silicio de 4 a 6 pulgadas, y empresas líderes internacionales como CREE e II-VI han comenzado a invertir en la construcción de líneas de producción de obleas de carburo de silicio de 8 pulgadas.
Preguntas Frecuentes
How is silicon carbide processed?
A SiC boule is grown, then sliced into wafers with diamond wire, ground and lapped with diamond abrasives, and finally polished to an epi-ready surface.
Why is SiC so difficult to process?
Its Mohs 9+ hardness wears conventional tools rapidly, and its brittleness makes cracks and chipping likely under mechanical or thermal stress.
Contenido técnico revisado por el equipo de ingeniería de Ensoll — un fabricante de bucles de hilo de diamante con 10+ años de experiencia en producción.
