SiC, özellikle güç dönüştürme ve kontrolünde kullanılan güç bileşenleri için mükemmel özelliklere sahip bir yarı iletken malzemedir.Geleneksel silikon cihazlarla karşılaştırıldığında, düşük açık direnç, yüksek hızlı anahtarlama ve yüksek sıcaklık ve yüksek voltajda çalışma özelliklerine sahip olduğundan, güç kaynaklarında, otomobillerde, demiryollarında, endüstriyel ekipmanlarda ve ev tipi tüketici elektroniği cihazlarında oldukça popülerdir. SiC, yapay sentez yoluyla üretilebilse de, son derece zor işleme süreçleri nedeniyle SiC güç bileşenlerinin seri üretimi bir zamanlar araştırmacılar için büyük bir sorun teşkil ediyordu.

※ Silisyum karbür (SiC) nedir?

Silisyum karbür, karbon ve silisyum elementlerinden oluşan bileşik bir yarı iletken malzemedir.Silisyum karbür (SiC), galyum nitrür (GaN), alüminyum nitrür (ALN), galyum oksit (Ga2O3) vb. malzemeler, bant aralığı genişliği 2.2 eV'den büyük olduğu için topluca geniş bant aralıklı yarı iletken malzemeler olarak adlandırılır. Çin'de ise üçüncü nesil yarı iletken malzemeler olarak bilinirler.

Malzeme açısından bakıldığında, yarı iletken endüstrisi şu şekilde ayrılır:

Birinci nesil elementel yarı iletken malzemeler: silisyum (Si) ve germanyum (Ge) gibi;

İkinci nesil bileşik yarı iletken malzemeler: galyum arsenit (GaAs), indiyum fosfit (InP) vb.;

Geniş bant aralıklı malzemelerin üçüncü nesli: silisyum karbür (SiC), galyum nitrür (GaN), alüminyum nitrür (ALN), galyum oksit (Ga2O3) vb.

Bunlar arasında silisyum karbür ve galyum nitrür, şu anda en parlak ticari beklentilere sahip yarı iletken malzemeler olup, yarı iletken endüstrisinde yeni nesil "altın yol" olarak adlandırılabilirler.

Silisyum karbürün tarihte ilk keşfi 1891 yılında gerçekleşti. Amerikalı Acheson, elmasın elektroliziyle karbon bileşiğini keşfetti. Bu, silisyum karbürün ilk sentezi ve keşfiydi. Yüz yıllık araştırmanın ardından, özellikle 21. yüzyıla girildikten sonra, insanlık nihayet silisyum karbürün avantajlarını ve özelliklerini açıklığa kavuşturdu ve silisyum karbürün özelliklerini çeşitli yeni cihazlar yapmak için kullandı. Silisyum karbür endüstrisi hızla gelişti.

Geleneksel silikon malzemelerle karşılaştırıldığında, silisyum karbürün bant aralığı silikonunkinin 3 katı; ısı iletkenliği silikonunkinin 4-5 katı; kırılma gerilimi silikonunkinin 8 katı; ve elektron doygunluk sürüklenme hızı silikonunkinin 2 katıdır.Silisyum karbürün çeşitli özellikleri, onu özellikle yüksek sıcaklıklara, yüksek voltajlara ve yüksek akımlara dayanabilen yüksek frekanslı ve yüksek güçlü cihazların üretiminde uygun hale getirir.

Şu anda, kübik sıkı paketlenmiş sfalerit α kristal yapısı (2H, 4H, 6H, 15R) ve altıgen sıkı paketlenmiş wurtzit β kristal yapısı (3C-SiC) dahil olmak üzere silisyum karbürün yaklaşık 200 bilinen kristal yapı formu bulunmaktadır.

Bunlar arasında, β kristal yapısı (3C-SiC), galyum nitrür epitaksiyel katmanlarının büyütülmesi ve silisyum karbür bazlı galyum nitrür mikrodalga radyo frekans cihazlarının üretimi gibi yüksek frekanslı cihazların ve diğer ince film malzemeleri için alt tabakaların üretiminde kullanılabilir. α kristal formu 4H, yüksek güçlü cihazlar yapmak için kullanılabilir; 6H ise en kararlı olanıdır ve optoelektronik cihazlar yapmak için kullanılabilir.

※ Silisyum karbürün performans avantajları

Sadece silisyum karbür çiplerini ele alacak olursak, güç yarı iletkenleri açısından silisyum karbür, geleneksel silikon tabanlı güç çiplerine kıyasla eşsiz avantajlara sahiptir: silisyum karbür daha yüksek akım ve gerilime dayanabilir, daha yüksek anahtarlama hızına sahiptir, enerji kaybı daha azdır ve yüksek sıcaklıklara karşı daha dirençlidir. Bu nedenle, silisyum karbürden yapılan güç modülleri, kapasitör, indüktör, bobin ve ısı dağıtım bileşenlerinin sayısını azaltarak, tüm güç cihazı modülünü daha hafif, enerji tasarruflu ve daha güçlü çıkış gücüne sahip hale getirir. Ayrıca güvenilirliği de artırır. Avantajlar çok açıktır. Spesifik özet şu şekildedir:

1. Daha düşük empedans, daha küçük boyutlu ürün tasarımı ve daha yüksek verimlilik sağlar;

2. Daha yüksek frekans ve daha hızlı anahtarlama hızı için uygundur;

3. Mükemmel yüksek sıcaklık özellikleri, daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilme yeteneği.

※ Silisyum karbür neden bu kadar pahalı?

Silisyum karbürün gelecekte büyük ticari potansiyele sahip olduğu herkesçe biliniyor, ancak bu sektöre giren herkes ilk ve en pratik sorunla karşılaşacak: Bu malzemeyle ne yapılacak?

Geleneksel silikon bazlı endüstrilerin son derece olgun iş ortamının nedenlerinin en az yarısı, silikon malzemelerinin nispeten kolay elde edilebilir olmasından kaynaklanmaktadır.Silikon malzemelerin olgun ve verimli üretim teknolojisi, silikon malzemeleri günümüzde çok ucuz hale getirmiştir. Şu anda, 6 inçlik cilalı bir silikon levha sadece 150 yuan, 8 inçlik bir levha 300 yuan ve 12 inçlik bir levha ise yaklaşık 850 yuan'dır.

Hammadde fiyatları yeterince ucuz olduğunda ancak sanayinin ölçeği genişletilebilir!

Şu anda Czochralski yöntemi kullanılarak, 72 saat içinde yaklaşık 2-3 metre uzunluğunda bir silikon tek kristal çubuk yetiştirilebiliyor ve bir tek kristal çubukla aynı anda binlerce silikon levha kesilebiliyor.

72 saatte ne kadar kalınlıkta bir silisyum karbür tek kristalinin yetiştirilebileceğini biliyor muydunuz? Birkaç santimetreden daha az!!!

Şu anda silisyum karbür tek kristallerinin yetiştirilmesinde kullanılan en hızlı yöntemin büyüme hızı yaklaşık 0.1 mm/saat - 0.2 mm/saat olup, bu nedenle 7.2 saatte kristal kalınlığı yalnızca 72 mm ile 14.4 mm arasında değişmektedir.

Dolayısıyla, silisyum karbür tekli levhaların üretiminin ne kadar pahalı olabileceğini tahmin edebilirsiniz. Şu anda, 4 inçlik silisyum karbür levhaların fiyatı 2,000-3,000 yuan civarında, 6 inçlik levhaların fiyatı ise 6,000-8,000 yuan seviyesine ulaşmış durumda. Epitelyal levhaların fiyatı ise en az iki katı ve hâlâ fiyatlandırılıyor ve stokta bulunmuyor.

Dünyanın önde gelen silisyum karbür şirketi olan ABD merkezli Cree, üretim kapasitesinin %70'inden fazlasını neredeyse tekeline almış durumda. Bu nedenle, yerli ve yabancı alt kademe üreticiler, üretim kapasitesini güvence altına almak için Cree ile uzun vadeli sözleşmeler imzalamıştır.

※ Silisyum karbür pazarı

Silisyum karbür MOSFET'ler ve silisyum karbür diyotlar güneş enerjisi, UPS, endüstriyel, otomotiv ve diğer uygulamalarda kullanılmaktadır:Esas olarak fotovoltaik enerji depolama sistemlerindeki invertörlerde, veri merkezi sunucuları için UPS güç kaynaklarında, akıllı şebeke şarj istasyonlarında ve yüksek dönüştürme verimliliği gerektiren diğer alanlarda yoğunlaşmıştır. Bununla birlikte, son yıllarda elektrikli ve hibrit araçların (xEV) gelişmesiyle birlikte, SiC bu yeni alanda da hızla ortaya çıkmıştır. Yayılma gösteren sektörler arasında enerji (fotovoltaik, EV şarjı, akıllı şebeke vb.), otomotiv (OBC, invertör), altyapı (sunucular) vb. yer almaktadır.

Özetle, yakın gelecekte silisyum karbürün güç elektroniği endüstrisinde devrim niteliğinde bir etki yaratacağını öngörebiliriz!

Yasal Uyarı: Bu makale, fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekleyen "Today's Semiconductor" dergisinden yeniden basılmıştır. Lütfen yeniden basım yaparken orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir telif hakkı ihlali söz konusuysa, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.

Şirket telefon numarası: +86-0755-83044319
Faks: +86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li

QQ: 332496225 Yönetici Qiu

Adres: Shenzhen, Longhua Yeni Bölgesi, Minzhi Caddesi No. 1079, Zhantao Teknoloji Binası, C Binası, Oda 809