Die Siliziumkarbidindustrie meines Landes könnte epische Vorteile mit sich bringen.

 
Seit Beginn des Jahres 2021 haben inländische und ausländische Unternehmen im Bereich der Siliziumkarbid-Epitaxie eine positive Entwicklung nach der anderen erzielt.  
Am 1. März 2021 gab die japanische Toyota Tsusho Co., Ltd. offiziell die erfolgreiche Entwicklung einer Oberflächennanokontrolltechnologie namens Dynamic AGE-ing bekannt. Diese Technologie kann die Basisebenenversetzungsdichte (BPD) von SiC-Substraten beliebiger Größe und Herkunft auf unter 1 reduzieren.  
    Abbildung 1 Toyota Dynamic AGE-Technologie  
Zufälligerweise gab Hantian Tiancheng Electronic Technology (Xiamen) Co., Ltd. am 3. März 2021 bekannt, dass sie den entscheidenden Herstellungsprozess der Siliziumkarbid-Superjunction-Tiefgrabenepitaxie durchbrochen hat.  
    ein Bild2 Wichtige Herstellungsprozesse für die Tiefgrabenepitaxie von Siliziumkarbid-Superjunctions  
Die Siliziumkarbid-Epitaxie ist ein wichtiger Bestandteil der Siliziumkarbid-Industriekette. Da die Entwicklung dieser Technologie nun rasant voranschreitet, stellt sich die Frage nach den Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem der Siliziumkarbid-Epitaxie. Ich werde dies Schritt für Schritt erläutern.  
           

Dies könnte das internationale Muster der Siliziumkarbid-Epitaxieindustrie verändern.

   
Die Siliziumkarbid-Industriekette lässt sich in mehrere wichtige Glieder unterteilen, darunter Waferpräparation, Epitaxie, Bauelementfertigung, Modulverpackung und -prüfung sowie Systemanwendung. Die Epitaxie stellt dabei ein wichtiges Bindeglied zwischen Vergangenheit und Zukunft dar und spielt eine entscheidende Rolle.  
    Abbildung 3: Wertschöpfungskette der SiliziumkarbidindustrieDa bestehende Bauelemente im Wesentlichen auf der Epitaxieschicht basieren, sind die Qualitätsanforderungen an diese Schicht sehr hoch. Mit steigender Spannungsfestigkeit erhöht sich auch die erforderliche Dicke der Epitaxieschicht. Im Allgemeinen beträgt die erforderliche Schichtdicke bei einer Spannung von etwa 600 V ca. 6 µm; bei Spannungen zwischen 1200 und 1700 V erreicht sie 10–15 µm. Bei Spannungen über 10,000 V kann eine Schichtdicke von mehr als 100 µm erforderlich sein. Mit zunehmender Schichtdicke wird es immer schwieriger, die Gleichmäßigkeit von Schichtdicke und spezifischem Widerstand sowie die Defektdichte zu kontrollieren.  
Zu den gängigen Technologien für die Siliziumkarbid-Epitaxie zählen derzeit die Schrägstufen-Epitaxie und die TCS-Technologie usw.  
Die sogenannte Schrägschnitt-Stufenflusstechnologie besteht darin, beim Schneiden des Siliziumkarbidsubstrats einen Winkel von etwa 8° zu erzeugen. Die so entstandene Substratoberfläche weist eine hohe Stufenflussdichte auf, was die Epitaxie von Siliziumkarbid auf Wafer-Ebene erleichtert. Die Schrägschnitt-Stufenflusstechnologie ist mittlerweile relativ ausgereift. Allerdings hat auch diese Technologie zwei Nachteile: Erstens kann sie Basisebenenversetzungen nicht blockieren; zweitens führt sie zu Substratmaterialverlust.  
Um die Grenzen der Stufenflusstechnologie zu überwinden, wurden Siliziumquellen mit Chlorelementen in die Reaktionskammer eingebracht. Durch kontinuierliche Verbesserung entwickelten sich schließlich Technologien wie TCS. Die Siliziumkarbid-Epitaxie-Technologie ist heute eng mit entsprechenden Anlagen integriert. 2014 brachte das italienische Unternehmen LPE TCS und weitere Technologien erstmals auf den Markt. 2017 modernisierte AIXTRON die Anlagen und integrierte die Technologie in kommerzielle Produktionsverfahren.  
Derzeit wird der Markt für Siliziumkarbid-Epitaxieanlagen hauptsächlich von der italienischen Firma LPE, der deutschen Firma AIXTRON und der japanischen Firma Nuflare monopolisiert.  
    ein Bild4 Globale Siliziumkarbid-Industrielandschaft    
       

Abbildung 5 Analyse bestehender Siliziumkarbid-Epitaxieanlagen

Es wird erwartet, dass die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von Siliziumkarbid-Epitaxieanlagen bis 2023 50 % übersteigen wird.        
      Abbildung 6: Marktperspektiven für Siliziumkarbid-Epitaxieanlagen    
Mit dem Aufstieg der neuen Siliziumkarbid-Epitaxie-Technologie könnte diese milliardenschwere Industrie eine neue Umstrukturierungsrunde einleiten.  
             

Es könnte die Siliziumkarbid-Substratmaterialindustrie meines Landes voranbringen.

 
Siliziumkarbid ist ein typischer Vertreter der dritten Generation von Halbleitermaterialien. Je nach Anwendungsgebiet lässt es sich in Siliziumkarbid in Schmuckqualität, N-leitendes Siliziumkarbid für Leistungselektronik und halbisolierendes Siliziumkarbid für Hochfrequenzgeräte unterteilen. Obwohl der Markt für Siliziumkarbid in Schmuckqualität und halbisolierendes Siliziumkarbid in den letzten Jahren rasant gewachsen ist, wird N-leitendes Siliziumkarbid zukünftig den Markt dominieren.  
Im Vergleich zu Siliziumkarbid in Schmuckqualität und halbisolierenden Siliziumkarbidmaterialien stellen N-leitende Siliziumkarbidmaterialien höhere Anforderungen an die Kristallqualität. In diesem Bereich besteht noch eine gewisse Lücke zwischen den Siliziumkarbidsubstratherstellern meines Landes und den international führenden Unternehmen wie CREE.  
Wenn Technologien wie das von Toyota entwickelte Dynamic AGE-Verfahren in meinem Land großflächig eingesetzt werden können, wird der Markteintritt für n-leitende Siliziumkarbid-Substratmaterialien zweifellos erheblich erleichtert. Laut Statistiken des Fachbereichs Halbleitermaterialien des Chinesischen Verbandes der Elektronikmaterialienindustrie haben wir über 30 Projekte für Siliziumkarbid-Substratmaterialien mit einem Investitionsvolumen von über 30 Milliarden Yuan initiiert. Aufgrund technischer Probleme wie Defekten verzögert sich jedoch die Produktionskapazität für n-leitende Siliziumkarbid-Substrate. Ein entscheidender Durchbruch in der Siliziumkarbid-Epitaxietechnologie würde den Weg für die Siliziumkarbid-Substratmaterial-Unternehmen in meinem Land ebnen.    
           

Es könnte die Siliziumkarbid-Bauelementeindustrie meines Landes fördern.

   
Obwohl mein Land in über 30 Siliziumkarbid-Substratprojekte investiert hat, ist der Markt für die 6-Zoll-N-Typ-Siliziumkarbid-Wafer, die die größte Nachfrage generieren, weiterhin stark von Importen abhängig. Die Kosten für Siliziumkarbid-Substrat und Epitaxie machen derzeit über 50 % der Gesamtkosten von Siliziumkarbidmodulen aus. Wird dieses Problem nicht gelöst, wird es für die Siliziumkarbidindustrie meines Landes schwierig sein, im Vergleich zu den Vereinigten Staaten wettbewerbsfähig zu sein.  
Das Marktforschungsunternehmen Yole hob das hohe Entwicklungspotenzial der Siliziumkarbid-Leistungselektronikindustrie hervor. Hersteller wie ROHM, Bombardier, Cree, SDK, STMicroelectronics, Infineon Technologies, Littelfuse, Ascatron und weitere haben bereits umfangreich investiert. Yole prognostiziert, dass der Markt für SiC-Leistungshalbleiter bis 2023 ein Volumen von 1.4 Milliarden US-Dollar erreichen wird, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 28 % im Zeitraum von 2016 bis 2023 entspricht. Für den Zeitraum von 2020 bis 2022 wird ein weiterer Anstieg der CAGR auf 40 % erwartet.     

Alles in allem bietet die Zukunft vielversprechende Perspektiven, aber die Kollegen in der heimischen Siliziumkarbidindustrie sollten dennoch ermutigt werden, weiter voranzuschreiten.

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