A indústria de carboneto de silício do meu país pode trazer benefícios extraordinários.

 
Desde o início de 2021, no campo da epitaxia de carbeto de silício, empresas nacionais e estrangeiras têm divulgado boas notícias sucessivamente.  
Em 1º de março de 2021, a Toyota Tsusho Co., Ltd., do Japão, anunciou oficialmente o desenvolvimento bem-sucedido de uma tecnologia de nanocontrole de superfície chamada Dynamic AGE-ing. Essa tecnologia pode reduzir o BPD (deslocamento do plano base) de substratos de SiC de qualquer tamanho e fornecedor para menos de 1.  
    Figura 1: Tecnologia Toyota Dynamic AGE-ing  
Por coincidência, em 3 de março de 2021, a Hantian Tiancheng Electronic Technology (Xiamen) Co., Ltd. anunciou que havia superado o principal processo de fabricação de epitaxia de trincheira profunda de superjunção de carbeto de silício.  
    fotografia2 Principais processos de fabricação para epitaxia de trincheira profunda em superjunções de carbeto de silício  
A epitaxia de carbeto de silício é uma parte importante da cadeia produtiva do carbeto de silício. Agora que o desenvolvimento da tecnologia de epitaxia de carbeto de silício entrou em ritmo acelerado, qual será o impacto em todo o ecossistema da epitaxia de carbeto de silício? Permita-me abordar cada ponto individualmente.  
           

Isso pode alterar o padrão da indústria internacional de epitaxia de carbeto de silício.

   
A cadeia produtiva do carboneto de silício é dividida principalmente em vários elos importantes, como preparação de wafers, crescimento epitaxial, fabricação de dispositivos, encapsulamento e teste de módulos e aplicação em sistemas. Dentre eles, o crescimento epitaxial é um elo fundamental entre o passado e o futuro, desempenhando um papel crucial.  
    Figura 3. Cadeia industrial do carboneto de silícioComo os dispositivos existentes são basicamente implementados na camada epitaxial, os requisitos de qualidade para essa camada são muito elevados. E, à medida que a resistência à tensão continua a aumentar, a espessura necessária da camada epitaxial também aumenta. Geralmente, quando a tensão está em torno de 600 V, a espessura necessária da camada epitaxial é de cerca de 6 micrômetros; quando a tensão está entre 1200 e 1700 V, a espessura necessária da camada epitaxial atinge 10 a 15 micrômetros. Se a tensão ultrapassar 10,000 volts, uma espessura de camada epitaxial superior a 100 micrômetros pode ser necessária. Conforme a espessura da camada epitaxial continua a aumentar, torna-se cada vez mais difícil controlar a uniformidade da espessura e da resistividade, bem como a densidade de defeitos.  
Atualmente, as principais tecnologias para epitaxia de carbeto de silício incluem a tecnologia de fluxo de degraus oblíquos e a tecnologia TCS, entre outras.  
A chamada tecnologia de corte em bisel por fluxo de degraus consiste em cortar o substrato de carbeto de silício em um ângulo de aproximadamente 8°. A superfície do substrato cortada dessa maneira produz uma alta densidade de fluxo de degraus, facilitando a obtenção de epitaxia de carbeto de silício em nível de wafer. Atualmente, a tecnologia de fluxo de degraus oblíquos é relativamente madura. No entanto, essa tecnologia também apresenta duas desvantagens: primeiro, ela não consegue bloquear as discordâncias do plano basal; segundo, causa desperdício de material do substrato.  
Para superar as limitações da tecnologia de fluxo em etapas, foram adicionadas fontes de silício contendo cloro na câmara de reação, o que levou ao desenvolvimento de tecnologias como a TCS (Transformada em Carboneto de Silício) por meio de aprimoramento contínuo. Atualmente, a tecnologia de epitaxia de carboneto de silício está altamente integrada aos equipamentos de epitaxia de carboneto de silício. Em 2014, a TCS e outras tecnologias foram comercializadas pela primeira vez pela empresa italiana LPE. Em 2017, a AIXTRON modernizou seus equipamentos e implementou essa tecnologia em equipamentos comerciais.  
Atualmente, os equipamentos epitaxiais de carbeto de silício são monopolizados principalmente pela empresa italiana LPE, pela empresa alemã AIXTRON e pela empresa japonesa Nuflare.  
    fotografia4 Panorama global da indústria de carboneto de silício    
       

Figura 5. Análise dos equipamentos existentes de epitaxia de carbeto de silício.

Prevê-se que a taxa de crescimento anual composta dos equipamentos epitaxiais de carbeto de silício ultrapasse os 50% até 2023.        
      Figura 6: Perspectivas de mercado para equipamentos de epitaxia de carbeto de silício    
Com o surgimento da tecnologia de epitaxia de carbeto de silício, essa indústria multibilionária pode estar prestes a passar por uma nova rodada de reestruturações.  
             

Isso pode impulsionar a indústria de substratos de carbeto de silício no meu país.

 
O carboneto de silício é um representante típico da terceira geração de materiais semicondutores. De acordo com suas diferentes aplicações, ele pode ser dividido em materiais de carboneto de silício para joalheria, materiais de carboneto de silício do tipo N para dispositivos eletrônicos de potência e materiais de carboneto de silício semi-isolantes para dispositivos de radiofrequência de potência. Embora o mercado de materiais de carboneto de silício para joalheria e materiais de carboneto de silício semi-isolantes tenha crescido rapidamente nos últimos anos, os materiais de carboneto de silício do tipo N serão os protagonistas absolutos do mercado futuro.  
Em comparação com o carbeto de silício de grau joalheiro e os materiais de carbeto de silício semi-isolantes, os materiais de carbeto de silício do tipo N têm requisitos mais elevados em termos de qualidade cristalina. Nesse campo, ainda existe uma certa lacuna entre as empresas de substratos de carbeto de silício do meu país e as empresas de primeira linha internacionais da CREE.  
Se tecnologias como o Dynamic AGE-ing, desenvolvido pela Toyota, puderem ser aplicadas em larga escala no meu país, a barreira de entrada para materiais de substrato de carbeto de silício tipo N será, sem dúvida, bastante reduzida. De acordo com as estatísticas da Divisão de Materiais Semicondutores da Associação Chinesa da Indústria de Materiais Eletrônicos, lançamos mais de 30 projetos de materiais de substrato de carbeto de silício, com investimentos superiores a 30 bilhões de yuans. No entanto, devido a razões técnicas, como defeitos, a capacidade de produção de substratos de carbeto de silício tipo N tem sofrido atrasos. Se a tecnologia epitaxial de carbeto de silício alcançar um avanço significativo, isso equivalerá a abrir as portas para as empresas de materiais de substrato de carbeto de silício do meu país.    
           

Isso pode impulsionar a indústria de dispositivos de carboneto de silício do meu país.

   
Embora meu país tenha investido em mais de 30 projetos de substratos de carbeto de silício, os wafers de carbeto de silício tipo N de 6 polegadas, que possuem a maior demanda de mercado, ainda dependem fortemente de importações. O custo do substrato de carbeto de silício e da epitaxia representa atualmente mais de 50% do custo total dos módulos de carbeto de silício. Se esse problema não for resolvido, será difícil para a indústria de carbeto de silício do meu país ser competitiva em relação aos Estados Unidos.  
A empresa de pesquisa de mercado Yole destacou o alto potencial de desenvolvimento da indústria de eletrônica de potência de carbeto de silício (SiC), com grandes investimentos de fabricantes como ROHM, Bombardier, Cree, SDK, STMicroelectronics, Infineon Technologies, Littelfuse, Ascatron e outros. A Yole prevê que o mercado de semicondutores de potência de SiC atingirá US$ 1.4 bilhão até 2023, com uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 28% entre 2016 e 2023, e que essa CAGR aumentará ainda mais para 40% entre 2020 e 2022.     

Em suma, o futuro apresenta amplas perspectivas, mas os colegas da indústria nacional de carboneto de silício devem continuar sendo encorajados a seguir em frente.

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