เมื่อเร็วๆ นี้ บริษัทผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์แห่งหนึ่งเปิดเผยในงานออนไลน์ว่า ราคาแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 6 นิ้วอยู่ที่ 20,000-30,000 หยวนต่อชิ้น ซึ่งสามารถนำไปผลิตเป็น SiC Mosfet เกรดสำหรับยานยนต์ได้ 350-700 ชิ้น ราคาปัจจุบันของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์สูงกว่าอุปกรณ์ซิลิคอนประมาณ 4-5 เท่า บางองค์กรคาดการณ์ว่าราคาของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์จะลดลงเหลือประมาณ 1.5 เท่าของอุปกรณ์ซิลิคอนในปี 2025 แต่จะทำได้อย่างไร?

จากการศึกษา "ทิศทางลมสามชั่วอายุคนครึ่ง" พบว่าเมื่อไม่นานมานี้ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนา (NCSU) ได้ประกาศความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์ และเป้าหมายก็คือ...ลดราคาซิลิคอนคาร์ไบด์ให้เหลือเพียง 1.5 เท่าของราคาแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจากรายงานระบุว่า เทคโนโลยีนี้สามารถช่วยให้บริษัทต่างๆ ลดอุปสรรคในการเข้าสู่ตลาดซิลิคอนคาร์ไบด์ และในที่สุดก็สามารถบรรลุการแบ่งปันโรงงานผลิตและกระบวนการผลิตได้ ซึ่งจะช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้เวลาและทรัพยากรทางการเงินในการพัฒนาเทคโนโลยีและกระบวนการที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้ยังสามารถผลิตได้ในโรงงานผลิตแบบดั้งเดิม และผลิตภัณฑ์เวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ก็ได้รับการผลิตในปริมาณมากแล้ว ผลิตภัณฑ์ที่วางจำหน่ายในตลาดแล้ว ได้แก่ 1.2kV JBS, Power MOSFET และ JBSFETอัตราผลผลิตสูงถึง 90%.

นักประดิษฐ์หลักของเทคโนโลยีนี้ ซึ่งเป็นผู้ประดิษฐ์ IGBT ด้วย กล่าวว่า เทคโนโลยีเหล่านี้ หากประสบความสำเร็จ อาจเข้ามาแทนที่ IGBT ได้ในอนาคต

(หากต้องการอ่านบทความฉบับเต็ม โปรดตอบกลับ "Sharing Technology" ผ่านข้อความส่วนตัว หรือเพิ่ม Celia เป็นผู้ช่วยใน "Three and a Half Generations")

   

กระบวนการผลิตร่วมกัน, แผ่นเวเฟอร์ขนาดใหญ่ขึ้น

เป้าหมาย: ต้นทุนเพียง 1.5 เท่าของอุปกรณ์ซิลิคอน

ปัจจุบันต้นทุนของอุปกรณ์ SiC สูงกว่าอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าซิลิคอนประมาณห้าเท่า ศาสตราจารย์เจย์ บาลิกา ผู้ทรงคุณวุฒิจาก NCSU กล่าวว่า "เป้าหมายของเราคือการลดต้นทุนของ SiC ให้เหลือ 1.5 เท่าของอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าซิลิคอน" เขาเชื่อว่าเมื่อเทียบกับ Si IGBT แล้ว ต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าได้กลายเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้ในตลาดวงกว้าง หนึ่งในเหตุผลสำคัญที่ทำให้ต้นทุนยังคงสูงอยู่ก็คือ บริษัทที่พัฒนาอุปกรณ์กำลังไฟฟ้า SiC เหล่านั้นต่างมีสิทธิ์เข้าถึงกระบวนการผลิตแต่เพียงผู้เดียว ทำให้บริษัทอื่นๆ เข้าสู่ตลาดได้ยาก กำลังการผลิตของโรงงานไม่สามารถขยายได้ และต้นทุนก็ไม่สามารถลดลงได้ ด้วยเหตุนี้ NCSU จึงได้พัฒนาเทคโนโลยีร่วมกัน กระบวนการ PRESiCETM เพื่อลดอุปสรรคสำหรับบริษัทต่างๆ ในการเข้าสู่ตลาดซิลิคอนคาร์ไบด์และส่งเสริมการสร้างนวัตกรรม บาลิกา กล่าวว่า "PRESiCETM จะผลักดันให้บริษัทต่างๆ เข้าสู่ตลาด SiC มากขึ้น เพราะพวกเขาไม่จำเป็นต้องพัฒนาการออกแบบและกระบวนการผลิตของตนเองตั้งแต่เริ่มต้น ซึ่งมีราคาแพงและใช้เวลานานมาก นี่เป็นเรื่องดีสำหรับบริษัทและผู้ใช้ หากมีบริษัทเข้าร่วมการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC มากขึ้น ก็จะเพิ่มผลผลิตของโรงงานผลิต ซึ่งสามารถลดต้นทุนได้อย่างมาก" ตามรายงาน เทคโนโลยีนี้เริ่มต้นในเดือนมกราคม 2016 และได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ PowerAmerica ในปี 2015 มีบริษัท 18 แห่งเข้าร่วมในการวิจัยและพัฒนา และปัจจุบันได้พัฒนามาถึงรุ่นที่สามแล้ว "ตั้งแต่ปี 2015 บริษัทหลายแห่งได้นำกระบวนการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเองมาใช้ในโรงงานผลิต X-Fab ในรัฐเท็กซัส สหรัฐอเมริกา" อีกวิธีหนึ่งคือการใช้โรงงานผลิตอุปกรณ์ซิลิคอนที่มีอยู่แล้วเพื่อลดต้นทุนด้วยเวเฟอร์ขนาดใหญ่และกำลังการผลิตสูง บาลิกา กล่าวว่า ขั้นตอนการผลิตส่วนใหญ่ (มากถึง 80%) ของ SiC power MOSFET สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นได้ในโรงงานผลิตซิลิคอน สิ่งที่ต้องทำคือการอัพเกรดอุปกรณ์อุณหภูมิสูง เช่น การออกซิเดชันของเกตและการอบชุบด้วยการปลูกถ่ายไอออน ซึ่งจำเป็นสำหรับวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ ผ่านโรงงานผลิตที่ไม่ผูกขาด เช่น X-Fab “บริษัทต่างๆ จะผลิตมากขึ้น และต้นทุนของซิลิคอนคาร์ไบด์จะลดลง” นับตั้งแต่ปี 2015 เป็นต้นมา PRESiCE ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม โดยการใช้อุปกรณ์ภายในองค์กรเพื่อดำเนินการขั้นตอนการปลูกถ่ายไอออนด้วยความร้อนอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น อุปกรณ์กำลังไฟฟ้า SiC รุ่นที่สามของ PRESiCE ที่ผลิตในโรงงานผลิตเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วจึงได้เปิดตัวอย่างประสบความสำเร็จ ภาพด้านล่างแสดงไดโอด JBS ที่มีผลผลิตสูง MOSFET กำลังไฟฟ้า และ JBSFET ที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัด 1.2 kV ซึ่งผลิตโดยเทคโนโลยี PRESiCE

รูปที่ 1. อุปกรณ์ไฟฟ้า SiC สามประเภทที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยี PRESiCE รุ่นที่สาม

จากรายงานระบุว่า หนึ่งในคุณสมบัติหลักของเทคโนโลยี PRESiCETM คือการใช้กระบวนการสร้างหน้ากากถึง 10 ขั้นตอน ดูภาพด้านล่าง↓↓↓↓

รูปที่ 2 แผนผังกระบวนการผลิตทรานซิสเตอร์ MOSFET กำลังสูง SiC ด้วยเทคโนโลยี PRESiCE

ผลการระบุขั้นตอน:

ผลผลิตเกิน 90%

เพื่อตรวจสอบความสำเร็จของเทคโนโลยีการผลิต PRESiCETM รุ่นที่สาม โรงงานผลิต X-Fab ได้ผลิตผลิตภัณฑ์สามชุดอย่างต่อเนื่อง โดยใช้ขั้นตอนการผลิตเดียวกันทั้งหมด จากข้อมูลที่วัดได้ พบว่าอัตราผลผลิตของไดโอดเรียงกระแส JBS ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยี PRESiCETM รุ่นที่สามนั้นสูงกว่า 90% และกระแสรั่วไหลของไดโอด JBS นั้นต่ำกว่ามาตรฐานอุตสาหกรรมที่ 100 µA มาก แรงดันตกคร่อมขณะเปิดของไดโอด JBS อยู่ที่ประมาณ 2 V เช่นเดียวกับ IGBT ที่ใช้ซิลิคอนและ MOSFET กำลังไฟฟ้า SiC ไดโอดเหล่านี้จึงเหมาะสมสำหรับการใช้งานเป็นไดโอดแบบขนานกลับด้าน ข้อมูลการวัดของ MOSFET กำลังไฟฟ้าซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ผลิตโดย PRESiCETM แสดงให้เห็นว่าความต้านทานขณะเปิดสูงสุดของอุปกรณ์ 90% นั้นน้อยกว่า 1.3 เท่าของค่าทั่วไป อัตราผลผลิตสูงกว่า 90% และแรงดันเกณฑ์ก็อยู่ในช่วง +/- 30% ของข้อกำหนดในเอกสารข้อมูล

รูปที่ 3. กระแสรั่วไหลที่วัดได้ของตัวเรียงกระแส SiC JBS ที่แรงดันไบแอสย้อนกลับ 1000V: ความแปรผันภายในเวเฟอร์และความแปรผันระหว่างชุดการผลิต

รูปที่ 4. กระแสรั่วไหลที่วัดได้ของตัวเรียงกระแส SiC JBS ที่แรงดันไบแอสย้อนกลับ 1000V: ความแปรผันของกระแสรั่วไหลระหว่างแต่ละชุดการผลิต

รูปที่ 5. ทรานซิสเตอร์ JBSFET กำลังสูง SiC ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยี PRESiCETM Gen-3: ความแปรผันของกระแสรั่วไหลระหว่างชุดการผลิต

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้คัดลอกมาจาก "Third Generation Semiconductor Trend" ซึ่งสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปคัดลอก หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น