Come lavorare il carburo di silicio?

Come lavorare carburo di silicio?

Carburo di silicio (Sic) Il materiale è la principale direzione di sviluppo dell'industria dei semiconduttori di potenza. Viene utilizzato per realizzare dispositivi di alimentazione e può migliorare significativamente il tasso di utilizzo dell'energia elettrica. Nel prossimo futuro, I veicoli a nuova energia saranno il principale scenario applicativo dei dispositivi di potenza in carburo di silicio.

Come pioniere della tecnologia, Tesla ha assunto un ruolo guida nell'integrazione di moduli completi in carburo di silicio nel modello 3, e anche altre case automobilistiche di primo livello stanno pianificando di espandere l'applicazione del carburo di silicio. Con la diminuzione dei costi di produzione dei dispositivi in carburo di silicio e la graduale maturità della tecnologia di processo, Il futuro dell'industria dei dispositivi di potenza in carburo di silicio è promettente.

Cos'è il carburo di silicio?

Carburo di silicio (Sic) è un materiale semiconduttore composto di terza generazione. La pietra angolare dell'industria dei semiconduttori sono i chip. I materiali di base per la produzione di trucioli sono divisi in:

La prima generazione di materiali semiconduttori (per lo più silicio ad alta purezza che è ampiamente utilizzato attualmente), La seconda generazione di materiali semiconduttori composti (arseniuro di gallio, Fosfuro di indio), Materiali semiconduttori composti di terza generazione (carburo di silicio, nitruro di gallio).

Grazie alle sue proprietà fisiche superiori: Elevato gap di banda (corrispondente a un campo elettrico di rottura elevato e ad un'elevata densità di potenza), elevata conducibilità elettrica, e alta conducibilità termica, Il carburo di silicio sarà il materiale di base più utilizzato per la produzione di chip semiconduttori in futuro.

La forma principale di carburo di silicio nei chip semiconduttori è il substrato. I chip semiconduttori sono suddivisi in circuiti integrati e dispositivi discreti, ma che si tratti di un circuito integrato o di un dispositivo discreto, La sua struttura di base può essere suddivisa in un “substrato-dispositivo-epitassiale” struttura. La forma principale di carburo di silicio nei semiconduttori è come materiale di substrato.

Il wafer di carburo di silicio è una fetta sottile di cristallo singolo formata dal taglio, macinatura, lucidatura, Pulizia e altri processi del cristallo di carburo di silicio. Come materiale di substrato semiconduttore, I wafer di carburo di silicio possono essere trasformati in dispositivi di potenza a base di carburo di silicio e dispositivi a radiofrequenza a microonde attraverso la crescita epitassiale, Produzione di dispositivi e altri collegamenti, e sono un importante materiale di base per lo sviluppo dell'industria dei semiconduttori di terza generazione.

In base alla diversa resistività, I wafer in carburo di silicio possono essere suddivisi in tipo conduttivo e tipo semiisolante. Tra loro, I wafer conduttivi in carburo di silicio sono utilizzati principalmente nella produzione di dispositivi di potenza ad alta temperatura e ad alta tensione, con una grande dimensione di mercato; I substrati semiisolanti in carburo di silicio sono utilizzati principalmente nei dispositivi a radiofrequenza a microonde e in altri campi.

Con la costruzione accelerata delle reti di comunicazione 5G, La domanda del mercato è aumentata in modo significativo. La durezza del SiC è seconda solo al diamante. Non solo ha le caratteristiche di elevata durezza, ma ha anche un'elevata fragilità e una bassa tenacità alla frattura.

Processo di lavorazione del carburo di silicio

I wafer di carburo di silicio utilizzano polvere di silicio ad alta purezza e polvere di carbonio ad alta purezza come materie prime, e utilizzare il trasporto fisico del vapore (PVT) per far crescere cristalli di carburo di silicio e trasformarli in wafer di carburo di silicio.

(1) Sintesi delle materie prime. La polvere di silicio ad alta purezza e la polvere di carbonio ad alta purezza vengono miscelate in una certa proporzione, e le particelle di carburo di silicio sono sintetizzate per reazione ad una temperatura elevata 2,000 °C. Dopo la frantumazione, Pulizia e altri processi, Si ottengono materie prime in micropolvere di carburo di silicio di elevata purezza che soddisfano i requisiti di crescita dei cristalli.

(2) crescita dei cristalli. Utilizzo di micropolvere di carburo di silicio ad alta purezza come materia prima, utilizzando il forno per la crescita dei cristalli autosviluppato, Il cristallo di carburo di silicio viene coltivato con il metodo del trasporto fisico del vapore (Metodo PVT).

La polvere di carburo di silicio ad alta purezza e il cristallo di semi sono stati posizionati nella parte inferiore e superiore del crogiolo di grafite sigillato cilindricamente nel forno di crescita a cristallo singolo, rispettivamente.

Il crogiolo viene riscaldato a oltre 2.000 °C mediante induzione elettromagnetica, e la temperatura al cristallo del seme è controllata per essere leggermente inferiore a quella nella parte inferiore della micropolvere, Formando un gradiente di temperatura assiale nel crogiolo.

La micropolvere di carburo di silicio sublima ad alta temperatura per formare Si2C, SiC2, Si e altre sostanze in fase gassosa, ed è guidato da un gradiente di temperatura per raggiungere il cristallo del seme con una temperatura più bassa, e cristallizza su di esso formando un lingotto cilindrico in carburo di silicio.

(3)Lavorazione dei lingotti. Il lingotto di carburo di silicio preparato viene orientato utilizzando uno strumento di orientamento a cristallo singolo a raggi X, e poi macinato, Rotolato, e ritaglio del carburo di silicio cristalli di diametro standard. L'ultimo processo per ritaglio del carburo di silicio cristalli utilizza un sega ad anello a filo diamantato per ritaglio.

(4) Taglio del cristallo. Utilizzo di attrezzature per il taglio multifilo, I cristalli di carburo di silicio vengono tagliati in fette sottili fino a 1 mm di spessore.

(5)Macinazione dei wafer. I wafer vengono macinati alla planarità e rugosità desiderate attraverso fanghi di diamante di diverse dimensioni delle particelle.

(6) Lucidatura dei wafer. Il foglio lucidante in carburo di silicio senza danni sulla superficie è ottenuto mediante lucidatura meccanica e lucidatura chimico meccanica.

(7) Rilevamento wafer.

Utilizzo del microscopio ottico, Diffrattometro a raggi X, microscopio a forza atomica, tester di resistività senza contatto, tester di planarità superficiale, tester completo per difetti superficiali e altre attrezzature, Rileva la densità del microtubo, Qualità del cristallo, rugosità superficiale, resistività, deformazione, curvatura, variazione di spessore, graffi superficiali e altri parametri del wafer di carburo di silicio, e determinare di conseguenza il livello di qualità del wafer.

(8) Pulizia dei wafer. Il foglio di lucidatura in carburo di silicio viene pulito con un detergente e acqua pura per rimuovere i contaminanti superficiali come il liquido di lucidatura rimasto sul foglio di lucidatura, e poi il wafer viene soffiato ed essiccato da azoto ad altissima purezza e da una macchina essiccatrice; La camera bianca è confezionata in una cassetta per wafer pulita per formare un wafer di carburo di silicio pronto per l'uso a valle.

Maggiore è la dimensione del wafer, più è difficile far crescere e lavorare il cristallo corrispondente, e maggiore è l'efficienza di produzione dei dispositivi a valle e minore è il costo unitario. Adesso, I produttori internazionali di wafer di carburo di silicio forniscono principalmente wafer di carburo di silicio da 4 a 6 pollici, e aziende leader internazionali come CREE e II-VI hanno iniziato a investire nella costruzione di linee di produzione di wafer di carburo di silicio da 8 pollici.

Domande Frequenti

Come viene lavorato il carburo di silicio?

Una boule SiC viene coltivata, poi tagliata in wafer con filo di diamante, listata e lappata con abrasivi diamantati, e infine lucidata fino a ottenere una superficie pronta per l'epidemiologia.

Perché il SiC è così difficile da lavorare?

I suoi Mohs 9+ la durezza consuma rapidamente gli strumenti convenzionali, e la sua fragilità rende probabili crepe e scheggiature sotto stress meccanico o termico.

Contenuto tecnico esaminato dal team di ingegneria Ensoll — un produttore di anelli diamantati con 10+ anni di esperienza produttiva.