SiC memiliki sifat yang sangat baik sebagai material semikonduktor, terutama untuk komponen daya yang digunakan dalam konversi dan kontrol daya.Dibandingkan dengan perangkat silikon tradisional, SiC dapat mencapai resistansi rendah, kecepatan switching tinggi, serta operasi suhu tinggi dan tegangan tinggi, sehingga sangat populer dalam catu daya, otomotif, kereta api, peralatan industri, dan peralatan elektronik konsumen rumah tangga. Meskipun SiC akhirnya dapat diproduksi melalui sintesis buatan, produksi massal komponen daya SiC pernah menjadi masalah bagi para peneliti karena proses pengolahannya yang sangat sulit.

※ Apa itu silikon karbida (SiC)?

Silikon karbida adalah material semikonduktor senyawa yang terdiri dari unsur karbon dan silikon.Silikon karbida (SiC), galium nitrida (GaN), aluminium nitrida (ALN), galium oksida (Ga2O3), dan lain-lain secara kolektif disebut material semikonduktor celah pita lebar karena lebar celah pitanya lebih besar dari 2.2 eV. Di Tiongkok, material ini juga disebut material semikonduktor generasi ketiga.

Dari sisi material, industri semikonduktor terbagi menjadi:

Bahan semikonduktor unsur generasi pertama: seperti silikon (Si) dan germanium (Ge);

Material semikonduktor senyawa generasi kedua: seperti galium arsenida (GaAs), indium fosfida (InP), dll.;

Generasi ketiga material dengan celah pita lebar: seperti silikon karbida (SiC), galium nitrida (GaN), aluminium nitrida (ALN), galium oksida (Ga2O3), dll.

Di antara material tersebut, silikon karbida dan galium nitrida adalah material semikonduktor dengan prospek komersial paling cerah saat ini, dan dapat disebut sebagai generasi baru "jalur emas" dalam industri semikonduktor.

Silikon karbida pertama kali ditemukan dalam sejarah pada tahun 1891. Acheson dari Amerika menemukan senyawa karbon saat melakukan elektrolisis intan. Ini adalah sintesis dan penemuan silikon karbida pertama. Setelah seratus tahun eksplorasi, terutama setelah memasuki abad ke-21, umat manusia akhirnya memperjelas keunggulan dan karakteristik silikon karbida dan menggunakan karakteristik silikon karbida untuk membuat berbagai perangkat baru. Industri silikon karbida telah berkembang pesat.

Dibandingkan dengan material silikon tradisional, celah pita energi silikon karbida adalah 3 kali lipat dari silikon; konduktivitas termalnya 4-5 kali lipat dari silikon; tegangan tembusnya 8 kali lipat dari silikon; dan laju pergeseran saturasi elektronnya 2 kali lipat dari silikon.Berbagai karakteristik menjadikan silikon karbida sangat cocok untuk pembuatan perangkat frekuensi tinggi dan daya tinggi yang mampu menahan suhu tinggi, tegangan tinggi, dan arus tinggi.

Saat ini, terdapat sekitar 200 bentuk struktur kristal silikon karbida yang diketahui, termasuk struktur kristal α sphalerit kubik tertutup rapat (2H, 4H, 6H, 15R) dan struktur kristal β wurtzit heksagonal tertutup rapat (3C-SiC).

Di antara struktur kristal tersebut, struktur kristal β (3C-SiC) dapat digunakan untuk memproduksi perangkat frekuensi tinggi dan substrat untuk material film tipis lainnya, seperti menumbuhkan lapisan epitaksial galium nitrida dan memproduksi perangkat frekuensi radio gelombang mikro galium nitrida berbasis silikon karbida. Bentuk kristal α 4H dapat digunakan untuk membuat perangkat daya tinggi; 6H adalah yang paling stabil dan dapat digunakan untuk membuat perangkat optoelektronik.

※ Keunggulan kinerja silikon karbida

Jika kita hanya menghitung chip silikon karbida, dalam hal semikonduktor daya, silikon karbida memiliki keunggulan yang tak tertandingi dibandingkan chip daya berbasis silikon tradisional: silikon karbida dapat menahan arus dan tegangan yang lebih besar, kecepatan switching yang lebih tinggi, kehilangan energi yang lebih kecil, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi. Oleh karena itu, modul daya yang terbuat dari silikon karbida dapat mengurangi komponen kapasitor, induktor, kumparan, dan komponen pembuangan panas, sehingga seluruh modul perangkat daya menjadi lebih ringan, hemat energi, dan memiliki daya keluaran yang lebih kuat. Hal ini juga meningkatkan keandalan. Keunggulannya sangat jelas. Ringkasan spesifiknya adalah sebagai berikut:

1. Impedansi yang lebih rendah menghasilkan desain produk berukuran lebih kecil dan efisiensi yang lebih tinggi;

2. Cocok untuk frekuensi lebih tinggi dan kecepatan peralihan lebih cepat;

3. Karakteristik suhu tinggi yang sangat baik, mampu bekerja pada suhu yang lebih tinggi.

※ Mengapa silikon karbida begitu mahal?

Semua orang tahu bahwa silikon karbida memiliki prospek bisnis yang sangat besar di masa depan, tetapi setiap orang yang bergabung dengan industri ini akan menghadapi masalah pertama dan paling praktis, yaitu apa yang harus dilakukan dengan material tersebut?

Setidaknya separuh dari alasan lingkungan bisnis yang sangat matang di industri berbasis silikon tradisional adalah karena bahan silikon relatif mudah diperoleh.Teknologi pengolahan material silikon yang matang dan efisien membuat material silikon saat ini sangat murah. Saat ini, wafer silikon poles berukuran 6 inci hanya seharga 150 yuan, yang berukuran 8 inci seharga 300 yuan, dan yang berukuran 12 inci sekitar 850 yuan.

Skala industri hanya dapat diperluas jika bahan bakunya cukup murah!

Saat ini, dengan menggunakan metode Czochralski, batang kristal tunggal silikon dengan panjang sekitar 2-3 meter dapat ditumbuhkan dalam waktu 72 jam, dan satu batang kristal tunggal dapat memotong ribuan wafer silikon sekaligus.

Tahukah Anda seberapa tebal kristal tunggal silikon karbida dapat ditumbuhkan dalam 72 jam? Kurang dari beberapa sentimeter!!!

Saat ini, metode tercepat untuk menumbuhkan kristal tunggal silikon karbida memiliki laju pertumbuhan sekitar 0.1 mm/jam-0.2 mm/jam, sehingga ketebalan kristal hanya 7.2 mm~14.4 mm dalam 72 jam.

Jadi, Anda bisa membayangkan betapa mahalnya wafer silikon karbida tunggal yang diproduksi. Saat ini, harga substrat silikon karbida 4 inci sekitar 2,000-3,000 yuan, dan substrat 6 inci telah mencapai level 6,000-8,000 yuan. Wafer epitaksial setidaknya lebih mahal dari harga X2, dan harganya masih belum pasti serta stoknya masih terbatas.

Sebagai perusahaan silikon karbida terkemuka di dunia, Cree dari Amerika Serikat hampir memonopoli lebih dari 70% kapasitas produksi. Oleh karena itu, produsen hilir dalam dan luar negeri telah menandatangani kontrak jangka panjang dengan Cree untuk mengamankan kapasitas produksi.

※ Pasar silikon karbida

MOSFET silikon karbida dan dioda silikon karbida digunakan dalam aplikasi tenaga surya, UPS, industri, otomotif, dan lainnya:Konsentrasi utamanya adalah pada inverter penyimpanan energi fotovoltaik, catu daya UPS untuk server pusat data, stasiun pengisian daya jaringan pintar, dan area lain yang membutuhkan efisiensi konversi tinggi. Namun, dengan perkembangan kendaraan listrik dan hibrida (xEV) dalam beberapa tahun terakhir, SiC juga berkembang pesat di bidang baru ini. Industri yang terpengaruh meliputi energi (PV, pengisian daya EV, jaringan pintar, dll.), otomotif (OBC, inverter), infrastruktur (server), dll.

Kesimpulannya, dalam waktu dekat, kita dapat memperkirakan bahwa silikon karbida akan memberikan dampak revolusioner pada industri elektronika daya!

Penafian: Artikel ini dicetak ulang dari "Today's Semiconductor", yang mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulis dari cetakan ulang tersebut. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Nomor telepon perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/FAX: +86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li

QQ: 332496225 Manajer Qiu

Alamat: Ruang 809, Gedung C, Gedung Teknologi Zhantao, No. 1079 Jalan Minzhi, Distrik Baru Longhua, Shenzhen