L'industria del carburo di silicio del mio paese potrebbe portare benefici epici

 
Dall'inizio del 2021, nel campo dell'epitassia del carburo di silicio, aziende nazionali ed estere hanno registrato una serie di ottime notizie.  
Il 1° marzo 2021, Toyota Tsusho Co., Ltd. del Giappone ha annunciato ufficialmente lo sviluppo di una tecnologia di nanocontrollo superficiale denominata Dynamic AGE-ing. Questa tecnologia è in grado di ridurre il BPD (dislocazione del piano di base) dei substrati di SiC di qualsiasi dimensione e fornitore a meno di 1.  
    Figura 1 Tecnologia Toyota Dynamic AGE-ing  
Casualmente, il 3 marzo 2021, Hantian Tiancheng Electronic Technology (Xiamen) Co., Ltd. ha annunciato di aver raggiunto un traguardo fondamentale nel processo di produzione dell'epitassia a trincea profonda a supergiunzione di carburo di silicio.  
    immagine2 Processi di produzione chiave per l'epitassia a trincea profonda a supergiunzione del carburo di silicio  
L'epitassia del carburo di silicio è una parte importante della filiera industriale del carburo di silicio. Ora che lo sviluppo della tecnologia di epitassia del carburo di silicio ha subito un'accelerazione, quale impatto avrà sull'intero ecosistema dell'epitassia del carburo di silicio? Permettetemi di illustrarvelo punto per punto.  
           

Potrebbe cambiare il modello dell'industria internazionale dell'epitassia del carburo di silicio

   
La filiera industriale del carburo di silicio è suddivisa principalmente in diverse fasi importanti, quali la preparazione dei wafer, la crescita epitassiale, la produzione dei dispositivi, l'incapsulamento e il collaudo dei moduli e l'applicazione nei sistemi. Tra queste, la crescita epitassiale rappresenta un anello di congiunzione fondamentale tra il passato e il futuro e riveste un ruolo cruciale.  
    Figura 3 Catena industriale del carburo di silicioPoiché i dispositivi esistenti sono sostanzialmente realizzati su uno strato epitassiale, i requisiti di qualità per quest'ultimo sono molto elevati. Inoltre, con il continuo miglioramento della resistenza alla tensione, lo spessore richiesto dello strato epitassiale aumenta. Generalmente, quando la tensione è intorno ai 600 V, lo spessore richiesto dello strato epitassiale è di circa 6 micron; quando la tensione è compresa tra 1200 e 1700 V, lo spessore richiesto raggiunge i 10-15 micron. Se la tensione supera i 10,000 volt, potrebbe essere necessario uno spessore dello strato epitassiale superiore a 100 micron. Con l'aumento dello spessore dello strato epitassiale, diventa sempre più difficile controllare l'uniformità dello spessore e della resistività, nonché la densità dei difetti.  
Attualmente, le principali tecnologie per l'epitassia del carburo di silicio includono la tecnologia a flusso a gradini obliqui e la tecnologia TCS, ecc.  
La cosiddetta tecnologia di taglio a gradini smussati prevede un angolo di taglio di circa 8° durante la lavorazione del substrato di carburo di silicio. La superficie del substrato così tagliata presenta un'elevata densità di gradini, facilitando l'epitassia del carburo di silicio a livello di wafer. Attualmente, la tecnologia di taglio a gradini obliqui è relativamente matura. Tuttavia, presenta due difetti: in primo luogo, non è in grado di bloccare le dislocazioni del piano basale; in secondo luogo, comporta uno spreco di materiale del substrato.  
Per superare i limiti della tecnologia step flow, si è cercato di aggiungere sorgenti di silicio contenenti cloro nella camera di reazione, e infine, attraverso continui miglioramenti, si sono sviluppate tecnologie come la TCS. Attualmente, la tecnologia di epitassia del carburo di silicio è altamente integrata con le apparecchiature per l'epitassia del carburo di silicio. Nel 2014, la TCS e altre tecnologie sono state commercializzate per la prima volta dall'azienda italiana LPE. Nel 2017, AIXTRON ha aggiornato le apparecchiature e ha trasferito questa tecnologia nelle apparecchiature commerciali.  
Attualmente, le apparecchiature per la deposizione epitassiale di carburo di silicio sono detenute principalmente in regime di monopolio dall'italiana LPE, dalla tedesca AIXTRON e dalla giapponese Nuflare.  
    immagine4 Panorama globale dell'industria del carburo di silicio    
       

Figura 5 Analisi delle apparecchiature di epitassia al carburo di silicio esistenti

Si prevede che il tasso di crescita annuo composto delle apparecchiature epitassiali in carburo di silicio supererà il 50% entro il 2023.        
      Figura 6 Prospettive di mercato delle apparecchiature per epitassia al carburo di silicio    
Con l'avvento della tecnologia emergente di epitassia al carburo di silicio, questo settore multimiliardario potrebbe assistere a una nuova fase di riorganizzazione.  
             

Potrebbe maturare l'industria dei substrati in carburo di silicio del mio paese

 
Il carburo di silicio è un tipico rappresentante della terza generazione di materiali semiconduttori. A seconda delle diverse applicazioni, può essere suddiviso in carburo di silicio per gioielleria, carburo di silicio di tipo N per dispositivi elettronici di potenza e carburo di silicio semi-isolante per dispositivi a radiofrequenza di potenza. Sebbene il mercato del carburo di silicio per gioielleria e del carburo di silicio semi-isolante sia cresciuto rapidamente negli ultimi anni, il carburo di silicio di tipo N sarà il protagonista assoluto del mercato futuro.  
Rispetto al carburo di silicio per gioielleria e ai materiali in carburo di silicio semi-isolante, i materiali in carburo di silicio di tipo N hanno requisiti più elevati in termini di qualità cristallina. In questo settore, esiste ancora un certo divario tra le aziende del mio paese produttrici di substrati in carburo di silicio e le aziende leader a livello internazionale nel settore CREE.  
Se tecnologie come il Dynamic AGE-ing sviluppato da Toyota potessero essere applicate su larga scala nel mio Paese, la barriera d'ingresso per i materiali di substrato in carburo di silicio di tipo N si ridurrebbe indubbiamente in modo significativo. Secondo le statistiche della Sezione Materiali Semiconduttori dell'Associazione Cinese dell'Industria dei Materiali Elettronici, abbiamo avviato oltre 30 progetti relativi a materiali di substrato in carburo di silicio, con investimenti superiori a 30 miliardi di yuan. Tuttavia, a causa di problemi tecnici come i difetti, la capacità produttiva di substrati in carburo di silicio di tipo N ha subito dei ritardi. Se la tecnologia epitassiale del carburo di silicio raggiungesse una svolta decisiva, ciò equivarrebbe ad aprire le porte a un'ondata di opportunità per le aziende cinesi produttrici di materiali di substrato in carburo di silicio.    
           

Potrebbe promuovere l'industria dei dispositivi al carburo di silicio del mio paese

   
Sebbene il mio Paese abbia investito in oltre 30 progetti per substrati in carburo di silicio, i wafer di carburo di silicio di tipo N da 6 pollici, che rappresentano la maggiore domanda di mercato, dipendono ancora fortemente dalle importazioni. Il costo del substrato in carburo di silicio e dell'epitassia rappresenta attualmente oltre il 50% del costo totale dei moduli in carburo di silicio. Se questo problema non verrà risolto, sarà difficile per l'industria del carburo di silicio del mio Paese essere competitiva rispetto a quella degli Stati Uniti.  
La società di ricerche di mercato Yole ha evidenziato l'elevato potenziale di sviluppo del settore dell'elettronica di potenza al carburo di silicio (SiC) e i consistenti investimenti effettuati da produttori come ROHM, Bombardier, Cree, SDK, STMicroelectronics, Infineon Technologies, Littelfuse, Ascatron e altri. Yole prevede che il mercato dei semiconduttori di potenza in SiC raggiungerà un valore di 1.4 miliardi di dollari entro il 2023, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 28% dal 2016 al 2023, e che tale tasso aumenterà ulteriormente fino al 40% dal 2020 al 2022.     

Nel complesso, il futuro si prospetta roseo, ma i colleghi dell'industria nazionale del carburo di silicio dovrebbero comunque essere incoraggiati ad andare avanti.

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