Comment traiter le carbure de silicium?

How to process carbure de silicium?

Carbure de silicium (Sic) Le matériau est la principale direction de développement de l’industrie des semi-conducteurs de puissance. Il est utilisé pour fabriquer des appareils d’alimentation et peut améliorer considérablement le taux d’utilisation de l’énergie électrique. Dans un avenir prévisible, Les véhicules à énergie nouvelle seront le principal scénario d’application des dispositifs d’alimentation en carbure de silicium.

En tant que pionnier de la technologie, Tesla a pris les devants en intégrant des modules entièrement en carbure de silicium dans Model 3, Et d’autres constructeurs automobiles de premier plan prévoient également d’étendre l’application du carbure de silicium. Avec la baisse des coûts de fabrication des dispositifs en carbure de silicium et la maturation progressive de la technologie des procédés, L’avenir de l’industrie des dispositifs de puissance en carbure de silicium est prometteur.

Qu’est-ce que le carbure de silicium?

Carbure de silicium (Sic) est un matériau semi-conducteur composé de troisième génération. La pierre angulaire de l’industrie des semi-conducteurs est les puces. Les matériaux de base pour la fabrication des puces sont divisés en:

La première génération de matériaux semi-conducteurs (principalement du silicium de haute pureté qui est largement utilisé à l’heure actuelle), La deuxième génération de matériaux semi-conducteurs composés (arséniure de gallium, Phosphure d’indium), Matériaux semi-conducteurs composés de troisième génération (carbure de silicium, nitrure de gallium).

En raison de ses propriétés physiques supérieures: bande interdite élevée (correspondant à un champ électrique de claquage élevé et à une densité de puissance élevée), conductivité électrique élevée, et conductivité thermique élevée, Le carbure de silicium sera le matériau de base le plus utilisé à l’avenir pour la fabrication de puces semi-conductrices.

La principale forme de carbure de silicium dans les puces semi-conductrices est le substrat. Les puces à semi-conducteurs sont divisées en circuits intégrés et en dispositifs discrets, mais qu’il s’agisse d’un circuit intégré ou d’un dispositif discret, Sa structure de base peut être divisée en un “substrat-dispositif-épiaxial” structure. La forme principale du carbure de silicium dans les semi-conducteurs est celle d’un matériau de substrat.

La plaquette de carbure de silicium est une fine tranche monocristalline formée par découpe, broyage, polissage, nettoyage et autres procédés de cristal de carbure de silicium. En tant que matériau de substrat semi-conducteur, Les plaquettes de carbure de silicium peuvent être transformées en dispositifs de puissance à base de carbure de silicium et en dispositifs de radiofréquence à micro-ondes par croissance épitaxiale, fabrication d’appareils et autres liens, et constituent un matériau de base important pour le développement de l’industrie des semi-conducteurs de troisième génération.

Selon différentes résistivités, Les plaquettes de carbure de silicium peuvent être divisées en type conducteur et type semi-isolant. Parmi eux, Les plaquettes conductrices en carbure de silicium sont principalement utilisées dans la fabrication de dispositifs d’alimentation à haute température et à haute tension, avec une grande taille de marché; Les substrats semi-isolants en carbure de silicium sont principalement utilisés dans les dispositifs de radiofréquence à micro-ondes et dans d’autres domaines.

Avec la construction accélérée des réseaux de communication 5G, La demande du marché a considérablement augmenté. La dureté du SiC n’est surpassée que par celle du diamant. Il n’a pas seulement les caractéristiques d’une dureté élevée, mais a également une grande fragilité et une faible résistance à la rupture.

Procédé de traitement du carbure de silicium

Les plaquettes de carbure de silicium utilisent de la poudre de silicium de haute pureté et de la poudre de carbone de haute pureté comme matières premières, et utiliser le transport physique de vapeur (PVT) Cultiver des cristaux de carbure de silicium et les transformer en plaquettes de carbure de silicium.

(1) Synthèse de matières premières. La poudre de silicium de haute pureté et la poudre de carbone de haute pureté sont mélangées dans une certaine proportion, et les particules de carbure de silicium sont synthétisées par réaction à une température élevée supérieure à 2,000 °C. Après le broyage, nettoyage et autres processus, Des matières premières en micropoudre de carbure de silicium de haute pureté qui répondent aux exigences de croissance cristalline sont obtenues.

(2) Croissance cristalline. Utilisation de micropoudre de carbure de silicium de haute pureté comme matière première, à l’aide du four de croissance cristalline développé par nos soins, Le cristal de carbure de silicium est cultivé par la méthode de transport physique de vapeur (Méthode PVT).

La poudre de carbure de silicium de haute pureté et le cristal d’amorçage ont été placés au fond et en haut du creuset en graphite scellé cylindriquement dans le four de croissance monocristalline, respectivement.

Le creuset est chauffé à plus de 2 000 °C par induction électromagnétique, et la température au niveau du cristal de la graine est contrôlée pour être légèrement inférieure à celle de la partie inférieure de la micropoudre, formation d’un gradient de température axial dans le creuset.

La micropoudre de carbure de silicium se sublime à haute température pour former du Si2C, SiC2, Si et autres substances en phase gazeuse, et est entraîné par un gradient de température pour atteindre le cristal graine avec une température plus basse, et cristallise dessus pour former un lingot cylindrique en carbure de silicium.

(3)Traitement des lingots. Le lingot de carbure de silicium préparé est orienté à l’aide d’un instrument d’orientation monocristallin à rayons X, puis broyé, Roulé, et recadrage du carbure de silicium cristaux de diamètre standard. Le dernier procédé pour Récolte du carbure de silicium crystals utilise un scie à boucle à fil diamanté pour la culture.

(4)Taille du cristal. Utilisation d’un équipement de coupe multifils, Les cristaux de carbure de silicium sont coupés en fines tranches jusqu’à 1 mm d’épaisseur.

(5) Broyage de plaquettes. Les plaquettes sont broyées à la planéité et à la rugosité souhaitées à travers une boue de diamant de différentes tailles de particules.

(6) Polissage des plaquettes. La feuille de polissage en carbure de silicium sans dommage en surface est obtenue par polissage mécanique et polissage mécanique chimique.

(7) Détection de plaquettes.

Utilisation d’un microscope optique, Diffractomètre à rayons X, microscope à force atomique, testeur de résistivité sans contact, Testeur de planéité de surface, testeur complet de défauts de surface et autres équipements, Détecter la densité des microtubes, Qualité cristalline, Rugosité, résistivité, Déformation, courbure, Changement d’épaisseur, Rayures de surface et autres paramètres de la plaquette de carbure de silicium, et déterminer le niveau de qualité de la plaquette en conséquence.

(8) Nettoyage des plaquettes. La feuille de polissage en carbure de silicium est nettoyée avec un agent de nettoyage et de l’eau pure pour éliminer les contaminants de surface tels que le liquide de polissage restant sur la feuille de polissage, Ensuite, la plaquette est soufflée et séchée à l’aide d’azote ultra-haute pureté et d’une machine de séchage; La salle blanche est emballée dans une cassette de plaquettes propres pour former une plaquette de carbure de silicium prête à être utilisée en aval.

Plus la taille de la plaquette est grande, plus il est difficile de cultiver et de traiter le cristal correspondant, et plus l’efficacité de fabrication des dispositifs en aval est élevée et plus le coût unitaire est faible. Actuellement, Les fabricants internationaux de plaquettes de carbure de silicium fournissent principalement des plaquettes de carbure de silicium de 4 à 6 pouces, et des entreprises internationales de premier plan telles que CREE et II-VI ont commencé à investir dans la construction de lignes de production de plaquettes de carbure de silicium de 8 pouces.

Questions fréquemment posées

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.

Contenu technique examiné par l'équipe d'ingénierie d'Ensoll — un fabricant de boucles de fil diamanté avec 10+ des années d'expérience en production.