SiC mempunyai sifat yang sangat baik sebagai bahan semikonduktor, terutamanya untuk komponen kuasa yang digunakan dalam penukaran dan kawalan kuasa.Berbanding dengan peranti silikon tradisional, ia boleh mencapai rintangan pada kelajuan tinggi yang rendah dan operasi suhu tinggi dan voltan tinggi, jadi ia sangat popular dalam bekalan kuasa, automobil, landasan kereta api, peralatan perindustrian dan peralatan elektronik pengguna isi rumah. Walaupun SiC akhirnya boleh dihasilkan melalui sintesis buatan, pengeluaran besar-besaran komponen kuasa SiC pernah menyebabkan masalah kepada penyelidik kerana pemprosesan yang sangat sukar.

※ Apakah itu silikon karbida (SiC)?

Silikon karbida ialah bahan semikonduktor sebatian yang terdiri daripada unsur karbon dan silikon.Silikon karbida (SiC), galium nitrida (GaN), aluminium nitrida (ALN), galium oksida (Ga2O3), dan sebagainya secara kolektifnya dipanggil bahan semikonduktor celah jalur lebar kerana lebar celah jalurnya lebih besar daripada 2.2eV. Ia juga dipanggil bahan semikonduktor generasi ketiga di China.

Dari segi bahan, industri semikonduktor dibahagikan kepada:

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

Bahan semikonduktor sebatian generasi kedua: seperti galium arsenida (GaAs), indium fosfida (InP), dan sebagainya;

Generasi ketiga bahan jurang jalur lebar: seperti silikon karbida (SiC), galium nitrida (GaN), aluminium nitrida (ALN), galium oksida (Ga2O3), dan sebagainya.

Antaranya, silikon karbida dan galium nitrida merupakan bahan semikonduktor dengan prospek komersial yang paling terang pada masa ini, dan boleh dipanggil generasi baharu "laluan emas" dalam industri semikonduktor.

Kali pertama silikon karbida ditemui dalam sejarah adalah pada tahun 1891. Acheson dari Amerika menemui sebatian karbon semasa mengelektrolisis berlian. Ini merupakan sintesis dan penemuan pertama silikon karbida. Selepas seratus tahun penerokaan, terutamanya selepas memasuki abad ke-21, manusia akhirnya telah menjelaskan kelebihan dan ciri-ciri silikon karbida dan menggunakan ciri-ciri silikon karbida untuk membuat pelbagai peranti baharu. Industri silikon karbida telah berkembang pesat.

Berbanding dengan bahan silikon tradisional, jurang jalur silikon karbida adalah 3 kali ganda daripada silikon; kekonduksian terma adalah 4-5 kali ganda daripada silikon; voltan kerosakan adalah 8 kali ganda daripada silikon; dan kadar hanyutan tepu elektron adalah 2 kali ganda daripada silikon.Pelbagai ciri bermakna silikon karbida amat sesuai untuk pembuatan peranti frekuensi tinggi dan berkuasa tinggi yang boleh menahan suhu tinggi, voltan tinggi dan arus tinggi.

Pada masa ini, terdapat kira-kira 200 bentuk struktur kristal silikon karbida yang diketahui, termasuk struktur kristal sfalerit α padat rapat kubik (2H, 4H, 6H, 15R) dan struktur kristal wurtzit β padat rapat heksagon (3C-SiC).

Antaranya, struktur kristal β (3C-SiC) boleh digunakan untuk mengeluarkan peranti frekuensi tinggi dan substrat untuk bahan filem nipis yang lain, seperti menumbuhkan lapisan epitaksi galium nitrida dan mengeluarkan peranti frekuensi radio gelombang mikro galium nitrida berasaskan silikon karbida. Bentuk kristal α 4H boleh digunakan untuk membuat peranti berkuasa tinggi; 6H adalah yang paling stabil dan boleh digunakan untuk membuat peranti optoelektronik.

※ Kelebihan prestasi silikon karbida

Jika kita hanya mengira cip silikon karbida, dari segi semikonduktor kuasa, silikon karbida mempunyai kelebihan yang tiada tandingan berbanding cip kuasa berasaskan silikon tradisional: silikon karbida boleh menahan arus dan voltan yang lebih besar, kelajuan pensuisan yang lebih tinggi, kehilangan tenaga yang lebih kecil, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi. Oleh itu, modul kuasa yang diperbuat daripada silikon karbida boleh mengurangkan komponen kapasitor, induktor, gegelung dan komponen pelesapan haba, menjadikan keseluruhan modul peranti kuasa lebih ringan, penjimatan tenaga dan dengan kuasa output yang lebih kuat. Ia juga meningkatkan kebolehpercayaan. Kelebihannya sangat jelas. Ringkasan khusus adalah seperti berikut:

1. Impedans yang lebih rendah membawa reka bentuk produk bersaiz lebih kecil dan kecekapan yang lebih tinggi;

2. Sesuai untuk frekuensi yang lebih tinggi dan kelajuan pensuisan yang lebih pantas;

3. Ciri-ciri suhu tinggi yang sangat baik, mampu berfungsi pada suhu yang lebih tinggi.

※ Mengapakah silikon karbida begitu mahal?

Semua orang tahu bahawa silikon karbida mempunyai prospek perniagaan yang besar pada masa hadapan, tetapi setiap orang yang menyertai industri ini akan menghadapi masalah pertama dan paling praktikal, apa yang perlu dilakukan dengan bahan tersebut?

Sekurang-kurangnya separuh daripada sebab persekitaran perniagaan industri berasaskan silikon tradisional yang sangat matang adalah kerana bahan silikon agak mudah diperoleh.Teknologi penyediaan bahan silikon yang matang dan cekap menjadikan bahan silikon pada masa ini sangat murah. Pada masa ini, wafer silikon digilap 6 inci hanya berharga 150 yuan, wafer 8 inci berharga 300 yuan, dan wafer 12 inci berharga kira-kira 850 yuan.

Hanya apabila bahan mentah cukup murah, barulah skala industri dapat dikembangkan!

Pada masa ini, menggunakan kaedah Czochralski, rod kristal tunggal silikon sepanjang kira-kira 2-3 meter boleh ditumbuhkan dalam masa 72 jam, dan satu rod kristal tunggal boleh memotong beribu-ribu wafer silikon pada satu masa.

Tahukah anda betapa tebalnya hablur tunggal silikon karbida yang boleh ditumbuhkan dalam masa 72 jam? Kurang daripada beberapa sentimeter!!!

Pada masa ini, kaedah terpantas untuk menumbuhkan hablur tunggal silikon karbida mempunyai kadar pertumbuhan kira-kira 0.1mm/j-0.2mm/j, jadi ketebalan hablur hanya 7.2mm~14.4mm dalam 72 jam.

Jadi anda boleh bayangkan betapa mahalnya wafer tunggal silikon karbida yang dihasilkan. Pada masa ini, harga substrat silikon karbida 4 inci adalah sekitar 2,000-3,000 yuan, dan substrat 6 inci telah mencapai tahap 6,000-8,000 yuan. Wafer epitaksi sekurang-kurangnya lebih tinggi daripada harga X2, dan ia masih berharga dan kehabisan stok.

Sebagai syarikat silikon karbida terkemuka di dunia, Cree dari Amerika Syarikat hampir memonopoli lebih daripada 70% kapasiti pengeluaran. Oleh itu, pengeluar hiliran domestik dan asing telah menandatangani kontrak jangka panjang dengan Cree untuk mengunci kapasiti pengeluaran.

※ Pasaran silikon karbida

MOSFET silikon karbida dan diod silikon karbida digunakan dalam aplikasi solar, UPS, perindustrian, automotif dan lain-lain:Terutamanya tertumpu pada penyongsang dalam storan tenaga fotovoltaik, bekalan kuasa UPS untuk pelayan pusat data, stesen pengecasan grid pintar dan kawasan lain yang memerlukan kecekapan penukaran yang tinggi. Walau bagaimanapun, dengan perkembangan kenderaan elektrik dan hibrid (xEV) dalam beberapa tahun kebelakangan ini, SiC juga telah muncul pesat dalam bidang baharu ini. Industri radiasi termasuk tenaga (PV, pengecasan EV, grid pintar, dll.), automobil (OBC, penyongsang), infrastruktur (pelayan), dll.

Secara ringkasnya, dalam masa terdekat, kita dapat meramalkan bahawa silikon karbida akan memberi impak revolusioner terhadap industri elektronik kuasa!

Penafian: Artikel ini dicetak semula daripada "Today's Semiconductor", yang menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan pengarang cetakan semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.

Nombor telefon syarikat: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mel: 1615456225@qq.com
SQ: 3518641314 Pengurus Li

QQ: 332496225 Pengurus Qiu

Alamat: Bilik 809, Bangunan C, Bangunan Teknologi Zhantao, No. 1079 Minzhi Avenue, Daerah Baharu Longhua, Shenzhen