อุตสาหกรรมซิลิคอนคาร์ไบด์ของประเทศฉันอาจนำมาซึ่งผลประโยชน์มหาศาล

 
นับตั้งแต่เข้าสู่ปี 2021 ในด้านการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ บริษัททั้งในและต่างประเทศต่างก็มีข่าวดีออกมาอย่างต่อเนื่อง  
เมื่อวันที่ 1 มีนาคม 2021 บริษัท โตโยต้า สึโช จำกัด ประเทศญี่ปุ่น ได้ประกาศอย่างเป็นทางการถึงความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีควบคุมระดับนาโนบนพื้นผิวที่เรียกว่า Dynamic AGE-ing เทคโนโลยีนี้สามารถลดค่า BPD (base plane dislocation) ของพื้นผิว SiC ทุกขนาดและทุกผู้ผลิตให้เหลือน้อยกว่า 1 ได้  
    รูปที่ 1 เทคโนโลยี Toyota Dynamic AGE-ing  
บังเอิญว่าในวันที่ 3 มีนาคม 2021 บริษัท Hantian Tiancheng Electronic Technology (Xiamen) จำกัด ได้ประกาศว่าได้ค้นพบวิธีการผลิตที่สำคัญของซิลิคอนคาร์ไบด์ซูเปอร์จังก์ชันแบบร่องลึกเอพิแท็กซี (Depth Trench Epitaxy)  
    ภาพ2 กระบวนการผลิตที่สำคัญสำหรับการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์แบบร่องลึก (Silicon Carbide Superjunction Deep Trench Epitaxy)  
การปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเอพิแท็กซีเป็นส่วนสำคัญของห่วงโซ่อุตสาหกรรมซิลิคอนคาร์ไบด์ ในปัจจุบันที่เทคโนโลยีการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเอพิแท็กซีได้ก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว มันจะส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศของการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเอพิแท็กซีโดยรวมอย่างไรบ้าง ขออนุญาตอธิบายทีละประเด็นครับ  
           

สิ่งนี้อาจเปลี่ยนแปลงรูปแบบอุตสาหกรรมการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ในระดับนานาชาติ

   
ห่วงโซ่อุตสาหกรรมซิลิคอนคาร์ไบด์แบ่งออกเป็นหลายส่วนสำคัญ ได้แก่ การเตรียมเวเฟอร์ การเจริญเติบโตแบบเอพิแท็กเซีย การผลิตอุปกรณ์ การบรรจุและการทดสอบโมดูล และการประยุกต์ใช้ในระบบ ในบรรดาส่วนเหล่านี้ การเจริญเติบโตแบบเอพิแท็กเซียเป็นส่วนสำคัญที่เชื่อมโยงระหว่างอดีตและปัจจุบัน และมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง  
    รูปที่ 3 ห่วงโซ่อุตสาหกรรมซิลิคอนคาร์ไบด์เนื่องจากอุปกรณ์ที่มีอยู่ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นบนชั้นเอพิแท็กเซียล ดังนั้นข้อกำหนดด้านคุณภาพของชั้นเอพิแท็กเซียลจึงสูงมาก และเมื่อค่าความต้านทานต่อแรงดันไฟฟ้าดีขึ้นเรื่อยๆ ความหนาของชั้นเอพิแท็กเซียลที่ต้องการก็จะหนาขึ้น โดยทั่วไป เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 600 โวลต์ ความหนาของชั้นเอพิแท็กเซียลที่ต้องการจะอยู่ที่ประมาณ 6 ไมครอน เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 1200-1700 โวลต์ ความหนาของชั้นเอพิแท็กเซียลที่ต้องการจะอยู่ที่ 10-15 ไมครอน หากแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 10,000 โวลต์ อาจต้องใช้ความหนาของชั้นเอพิแท็กเซียลมากกว่า 100 ไมครอน ยิ่งความหนาของชั้นเอพิแท็กเซียลเพิ่มขึ้นเท่าไหร่ การควบคุมความหนา ความสม่ำเสมอของความต้านทาน และความหนาแน่นของข้อบกพร่องก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น  
ปัจจุบัน เทคโนโลยีหลักสำหรับการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ ได้แก่ เทคโนโลยีการไหลแบบขั้นเฉียง และเทคโนโลยี TCS เป็นต้น  
เทคโนโลยีการตัดแบบเฉียงที่เรียกว่า "เทคโนโลยีการไหลแบบขั้นบันได" คือการตัดแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์โดยทำมุมเอียงประมาณ 8° พื้นผิวของแผ่นรองพื้นที่ถูกตัดออกด้วยวิธีนี้จะสร้างความหนาแน่นของการไหลแบบขั้นบันไดสูง ทำให้ง่ายต่อการสร้างชั้นผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ระดับเวเฟอร์ ปัจจุบัน เทคโนโลยีการไหลแบบขั้นบันไดเฉียงค่อนข้างเป็นที่ยอมรับแล้ว อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ก็มีข้อเสียสองประการ คือ ประการแรก เทคโนโลยีนี้ไม่สามารถป้องกันการเคลื่อนตัวของระนาบฐานได้ และประการที่สอง เทคโนโลยีนี้จะทำให้สิ้นเปลืองวัสดุแผ่นรองพื้น  
เพื่อก้าวข้ามข้อจำกัดของเทคโนโลยีการไหลแบบขั้นบันได นักวิจัยได้พยายามเพิ่มแหล่งซิลิคอนที่มีธาตุคลอรีนเข้าไปในห้องปฏิกิริยา และในที่สุดก็พัฒนาเทคโนโลยีต่างๆ เช่น TCS ผ่านการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน เทคโนโลยีการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ได้ถูกบูรณาการเข้ากับอุปกรณ์การปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์อย่างสูงแล้ว ในปี 2014 บริษัท LPE ของอิตาลีได้นำเทคโนโลยี TCS และเทคโนโลยีอื่นๆ มาใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรก และในปี 2017 บริษัท AIXTRON ได้อัปเกรดอุปกรณ์และนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในอุปกรณ์เชิงพาณิชย์  
ปัจจุบัน อุปกรณ์การผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเอพิแท็กเซียลส่วนใหญ่ถูกผูกขาดโดยบริษัท LPE ของอิตาลี บริษัท AIXTRON ของเยอรมนี และบริษัท Nuflare ของญี่ปุ่น  
    ภาพ4 ภาพรวมอุตสาหกรรมซิลิคอนคาร์ไบด์ทั่วโลก    
       

รูปที่ 5 การวิเคราะห์อุปกรณ์การปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีอยู่

คาดว่าอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีของอุปกรณ์การผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเอพิแท็กเซียลจะเกิน 50% ภายในปี 2023        
      รูปที่ 6 แนวโน้มตลาดของอุปกรณ์การปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์    
ด้วยการเติบโตของเทคโนโลยีการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์แบบใหม่ อุตสาหกรรมมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์นี้อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหม่  
             

สิ่งนี้อาจช่วยส่งเสริมอุตสาหกรรมวัสดุพื้นฐานซิลิคอนคาร์ไบด์ของประเทศเราให้เติบโตขึ้น

 
ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นตัวอย่างทั่วไปของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม โดยสามารถแบ่งตามการใช้งานได้เป็นวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์เกรดเครื่องประดับ วัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ชนิด N สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์กึ่งฉนวนสำหรับอุปกรณ์คลื่นความถี่วิทยุกำลังสูง แม้ว่าตลาดสำหรับวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์เกรดเครื่องประดับและวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์กึ่งฉนวนจะเติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ในอนาคตวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ชนิด N จะเป็นตัวเอกอย่างแท้จริงของตลาด  
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์เกรดเครื่องประดับและวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์กึ่งฉนวน วัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ชนิด N มีข้อกำหนดด้านคุณภาพผลึกที่สูงกว่า ในด้านนี้ ยังคงมีช่องว่างอยู่บ้างระหว่างบริษัทผู้ผลิตแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ของประเทศเรากับบริษัทชั้นนำระดับนานาชาติอย่าง CREE  
หากเทคโนโลยีอย่างเช่น Dynamic AGE-ing ที่พัฒนาโดยโตโยต้า สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในวงกว้างในประเทศของผมได้ อุปสรรคในการเข้าสู่ตลาดวัสดุพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ชนิด N ก็จะลดลงอย่างมากอย่างไม่ต้องสงสัย จากสถิติของสาขาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ของสมาคมอุตสาหกรรมวัสดุอิเล็กทรอนิกส์แห่งประเทศจีน เราได้เปิดโครงการวัสดุพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์มากกว่า 30 โครงการ โดยมีการลงทุนมากกว่า 30 พันล้านหยวน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเหตุผลทางเทคนิค เช่น ข้อบกพร่อง ทำให้กำลังการผลิตวัสดุพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ชนิด N ล่าช้า หากเทคโนโลยีการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ประสบความสำเร็จอย่างก้าวกระโดด นั่นจะเป็นการเปิดประตูสู่โอกาสอย่างมหาศาลสำหรับบริษัทวัสดุพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ในประเทศของผม    
           

สิ่งนี้อาจส่งเสริมอุตสาหกรรมอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ของประเทศของฉัน

   
แม้ว่าประเทศของข้าพเจ้าจะลงทุนในโครงการผลิตแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์มากกว่า 30 โครงการแล้ว แต่แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ชนิด N ขนาด 6 นิ้ว ซึ่งเป็นที่ต้องการของตลาดมากที่สุด ยังคงต้องพึ่งพาการนำเข้าเป็นอย่างมาก ต้นทุนของแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์และการปลูกผลึกในปัจจุบันคิดเป็นมากกว่า 50% ของต้นทุนรวมของโมดูลซิลิคอนคาร์ไบด์ทั้งหมด หากปัญหานี้ไม่ได้รับการแก้ไข อุตสาหกรรมซิลิคอนคาร์ไบด์ของประเทศข้าพเจ้าจะแข่งขันกับสหรัฐอเมริกาได้ยาก  
หน่วยงานวิจัยตลาด Yole ชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลังซิลิคอนคาร์ไบด์มีศักยภาพสูง และผู้ผลิตหลายราย รวมถึง ROHM, Bombardier, Cree, SDK, STMicroelectronics, Infineon Technologies, Littelfuse, Ascatron และผู้ผลิตรายอื่นๆ ได้ลงทุนอย่างหนัก Yole คาดการณ์ว่าขนาดตลาดเซมิคอนดักเตอร์กำลัง SiC จะแตะระดับ 1.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2023 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) อยู่ที่ 28% ตั้งแต่ปี 2016 ถึง 2023 และ CAGR จะเพิ่มขึ้นเป็น 40% ตั้งแต่ปี 2020 ถึง 2022     

โดยรวมแล้ว อนาคตมีแนวโน้มที่ดี แต่เพื่อนร่วมงานในอุตสาหกรรมซิลิคอนคาร์ไบด์ภายในประเทศควรได้รับการสนับสนุนให้ก้าวไปข้างหน้าต่อไป

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้พิมพ์ซ้ำจาก "GaN World" บทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ได้แสดงถึงความคิดเห็นของ Sacco Micro และอุตสาหกรรม การพิมพ์ซ้ำและการเผยแพร่มีจุดประสงค์เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อพิมพ์ซ้ำ 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