SiC heeft uitstekende eigenschappen als halfgeleidermateriaal, met name voor vermogenscomponenten die worden gebruikt in energieomzetting en -regeling.Vergeleken met traditionele siliciumcomponenten kan silicium een ​​lage aanweerstand, snelle schakeling en werking bij hoge temperaturen en hoge spanningen bereiken, waardoor het zeer populair is in voedingen, auto's, spoorwegen, industriële apparatuur en huishoudelijke elektronica. Hoewel SiC uiteindelijk via kunstmatige synthese kan worden geproduceerd, vormde de massaproductie van SiC-vermogenscomponenten ooit een grote uitdaging voor onderzoekers vanwege de extreem moeilijke verwerking.

※ Wat is siliciumcarbide (SiC)?

Siliciumcarbide is een samengesteld halfgeleidermateriaal dat bestaat uit koolstof- en siliciumelementen.Siliciumcarbide (SiC), galliumnitride (GaN), aluminiumnitride (ALN), galliumoxide (Ga2O3), enzovoort, worden gezamenlijk breedbandhalfgeleidermaterialen genoemd omdat de bandgap groter is dan 2.2 eV. In China worden ze ook wel derde-generatie halfgeleidermaterialen genoemd.

Wat de materialen betreft, is de halfgeleiderindustrie onderverdeeld in:

Elementaire halfgeleidermaterialen van de eerste generatie: zoals silicium (Si) en germanium (Ge);

Tweede generatie samengestelde halfgeleidermaterialen: zoals galliumarsenide (GaAs), indiumfosfide (InP), enz.;

De derde generatie materialen met een brede bandgap: zoals siliciumcarbide (SiC), galliumnitride (GaN), aluminiumnitride (ALN), galliumoxide (Ga2O3), enzovoort.

Van deze materialen hebben siliciumcarbide en galliumnitride momenteel de meest veelbelovende commerciële vooruitzichten en kunnen ze worden beschouwd als de nieuwe generatie "gouden kans" in de halfgeleiderindustrie.

De eerste ontdekking van siliciumcarbide in de geschiedenis vond plaats in 1891. De Amerikaan Acheson ontdekte een koolstofverbinding tijdens de elektrolyse van diamant. Dit was de eerste synthese en ontdekking van siliciumcarbide. Na honderd jaar onderzoek, en met name na de intrede in de 21e eeuw, heeft de mensheid eindelijk de voordelen en eigenschappen van siliciumcarbide ontdekt en deze eigenschappen gebruikt voor de ontwikkeling van diverse nieuwe apparaten. De siliciumcarbide-industrie heeft zich sindsdien snel ontwikkeld.

Vergeleken met traditionele siliciummaterialen is de bandafstand van siliciumcarbide 3 keer zo groot als die van silicium; de thermische geleidbaarheid is 4-5 keer zo groot als die van silicium; de doorslagspanning is 8 keer zo groot als die van silicium; en de elektronenverzadigingsdriftsnelheid is 2 keer zo groot als die van silicium.Dankzij diverse eigenschappen is siliciumcarbide bijzonder geschikt voor de productie van hoogfrequente en krachtige apparaten die bestand zijn tegen hoge temperaturen, hoge spanningen en hoge stromen.

Momenteel zijn er ongeveer 200 bekende kristalstructuurvormen van siliciumcarbide, waaronder de kubisch dichtgepakte sfaleriet α-kristalstructuur (2H, 4H, 6H, 15R) en de hexagonaal dichtgepakte wurtziet β-kristalstructuur (3C-SiC).

Onder deze structuren kan de β-kristalstructuur (3C-SiC) worden gebruikt voor de productie van hoogfrequente apparaten en substraten voor andere dunnefilmmaterialen, zoals het kweken van epitaxiale galliumnitridelagen en de productie van op siliciumcarbide gebaseerde galliumnitride-microgolfradiofrequentieapparaten. De α-kristalvorm 4H kan worden gebruikt voor de productie van hoogvermogenapparaten; 6H is de meest stabiele en kan worden gebruikt voor de productie van opto-elektronische apparaten.

※ Prestatievoordelen van siliciumcarbide

Als we alleen siliciumcarbidechips in ogenschouw nemen, biedt siliciumcarbide, wat vermogenshalfgeleiders betreft, onvergelijkbare voordelen ten opzichte van traditionele siliciumchips: siliciumcarbide kan hogere stromen en spanningen aan, heeft een hogere schakelsnelheid, een kleiner energieverlies en is beter bestand tegen hoge temperaturen. Daardoor kunnen vermogensmodules van siliciumcarbide het aantal condensatoren, spoelen, inductoren en warmteafvoercomponenten aanzienlijk verminderen, waardoor de gehele vermogensmodule lichter, energiezuiniger en met een hoger uitgangsvermogen wordt. Dit verhoogt ook de betrouwbaarheid. De voordelen zijn zeer duidelijk. Een concrete samenvatting volgt hieronder:

1. Een lagere impedantie leidt tot een kleiner productontwerp en een hogere efficiëntie;

2. Geschikt voor hogere frequenties en snellere schakelsnelheden;

3. Uitstekende eigenschappen bij hoge temperaturen, geschikt voor gebruik bij hogere temperaturen.

※ Waarom is siliciumcarbide zo duur?

Iedereen weet dat siliciumcarbide enorme zakelijke vooruitzichten heeft voor de toekomst, maar iedereen die in deze sector stapt, zal direct tegen het meest praktische probleem aanlopen: wat te doen met het materiaal?

Ten minste de helft van de reden voor het extreem volwassen zakelijke klimaat van traditionele siliciumgebaseerde industrieën is dat siliciummaterialen relatief gemakkelijk verkrijgbaar zijn.De volwassen en efficiënte productietechnologie van siliciummaterialen zorgt ervoor dat siliciummaterialen momenteel erg goedkoop zijn. Een gepolijste siliciumwafer van 6 inch kost momenteel slechts 150 yuan, een van 8 inch 300 yuan en een van 12 inch ongeveer 850 yuan.

Pas als de grondstoffen goedkoop genoeg zijn, kan de industrie op grote schaal worden uitgebreid!

Met de Czochralski-methode kan momenteel in 72 uur een staaf van ongeveer 2-3 meter siliciumkristal worden gekweekt, en met één enkele kristalstaaf kunnen duizenden siliciumwafers tegelijk worden gesneden.

Weet je hoe dik een siliciumcarbide-eenkristal in 72 uur kan worden gekweekt? Minder dan een paar centimeter! ! !

De snelste methode om siliciumcarbide-eenkristallen te kweken heeft momenteel een groeisnelheid van ongeveer 0.1 mm/u tot 0.2 mm/u, waardoor de kristaldikte in 7.2 uur slechts 72 mm tot 14.4 mm bedraagt.

Je kunt je dus voorstellen hoe duur de geproduceerde siliciumcarbide wafers kunnen zijn. Momenteel kost een 4-inch siliciumcarbide substraat ongeveer 2,000-3,000 yuan, en voor 6-inch substraten lopen de prijzen op tot 6,000-8,000 yuan. Epitaxiale wafers zijn minstens duurder dan de X2-wafers, en ze zijn nog steeds duur en moeilijk verkrijgbaar.

Als 's werelds grootste producent van siliciumcarbide heeft het Amerikaanse Cree bijna 70% van de productiecapaciteit in handen. Daarom hebben binnenlandse en buitenlandse toeleveranciers langetermijncontracten met Cree gesloten om hun productiecapaciteit veilig te stellen.

※ Markt voor siliciumcarbide

Siliciumcarbide MOSFET's en siliciumcarbide diodes worden gebruikt in zonne-energiesystemen, UPS-systemen, industriële toepassingen, de automobielindustrie en andere toepassingen.SiC wordt voornamelijk gebruikt in omvormers voor fotovoltaïsche energieopslag, UPS-voedingen voor servers in datacenters, laadstations voor slimme netwerken en andere gebieden die een hoge conversie-efficiëntie vereisen. Met de ontwikkeling van elektrische en hybride voertuigen (xEV's) in de afgelopen jaren heeft SiC echter ook een snelle opmars gemaakt in dit nieuwe vakgebied. De toepassingen omvatten onder andere energie (PV, EV-laden, slimme netwerken, enz.), automobielindustrie (OBC, omvormers) en infrastructuur (servers).

Samenvattend kunnen we verwachten dat siliciumcarbide in de nabije toekomst een revolutionaire impact zal hebben op de vermogenselektronica-industrie!

Disclaimer: Dit artikel is overgenomen uit "Today's Semiconductor", een publicatie die de bescherming van intellectuele eigendomsrechten ondersteunt. Vermeld de oorspronkelijke bron en auteur van de herdruk. Neem bij inbreuk op uw rechten contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.

Telefoonnummer van het bedrijf: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li

Vraag: 332496225 Manager Qiu

Adres: Kamer 809, Gebouw C, Zhantao Technologiegebouw, Minzhilaan 1079, Longhua Nieuw District, Shenzhen