Siliciumcarbide (SiC), een halfgeleidermateriaal van de derde generatie, heeft aanzienlijke aandacht getrokken vanwege zijn brede bandgap, hoge afbraak van het elektrisch veld en superieure thermische geleidbaarheid.Deze eigenschappen maken SiC tot een cruciaal materiaal voor elektrische apparaten met een hoog vermogenIn de afgelopen jaren is de wafergrootte van SiC-substraten gestaag toegenomen van 6 en 8 inch naar 12 inch.En nu is de succesvolle voorbereiding van 14 inch enkelkristallige SiC-substraten een belangrijke mijlpaal op het gebied van ultra-grote SiC-kristallen..

Technische uitdagingen bij de fabricage van 14-inch SiC-substraten

In tegenstelling tot conventioneel silicium kan SiC niet worden gekweekt met behulp van de smelttrekkingsmethode vanwege het gebrek aan een congruent smeltpunt.De groei van het enkelkristal vereist hoge temperaturen (> 2300°C) en hoge drukHet vergroten van de wafergrootte brengt exponentiële uitdagingen met zich mee bij het handhaven van temperatuuruniformiteit, het beheersen van kristalspanningen, het verbeteren van de thermische kwaliteit van de wafers en het verbeteren van de kwaliteit van de wafers.en het minimaliseren van gebreken.

De belangrijkste technische moeilijkheden bij de fabricage van 14-inch SiC-substraten zijn:

1. Ultra-hoge-temperatuur thermisch veld ontwerp: zorgen voor een uniforme temperatuurverdeling tijdens kristalgroei om lokale spanningsconcentraties te voorkomen die scheuren of vervormingen kunnen veroorzaken.

2. Crystal Stress Management: Naarmate het oppervlak van de wafer toeneemt, kan de opgehoopte thermische stress leiden tot micro-barsten en dislocatie.

3. Laag-defectgroei: Micropipes, basalplanafwijkingen en draadverwisselingen moeten tot een minimum worden beperkt om een hoge prestatie van het apparaat te behouden.

4. Ultraprecisieverwerking: De oppervlaktevlakte en de uniformiteit van de dikte van de wafer hebben een directe invloed op de daaropvolgende epitaxiale groei en de productie van het apparaat.

Voordelen van 14-inch SiC-substraten

In vergelijking met 6-inch, 8-inch of 12-inch wafers bieden 14-inch SiC-substraten verschillende belangrijke voordelen:

• Verhoogde effectieve chipoppervlakte: Een enkele 14-inch wafer biedt ongeveer 5,4 keer de chipoppervlakte van een 6-inch wafer, 3,1 keer die van een 8-inch wafer en 1,36 keer die van een 12-inch wafer.

• Significante kostenreductie: Grotere wafers kunnen de substraatkosten over meer chips verspreiden, waardoor de fabricagekosten van apparaten met meer dan 50% worden verlaagd onder vergelijkbare groeicycli en opbrengsten.

• Compatibiliteit met bestaande lijnen: de 14-inch wafer kan direct worden geïntegreerd in standaard 12-inch halfgeleider productielijnen zonder grote wijzigingen in de apparatuur,de schaalbare productie van SiC-apparaten mogelijk maken.

Opkomende toepassingen

De ontwikkeling van 14-inch SiC-substraten zal de invoering in meerdere geavanceerde technologiegebieden versnellen:

• Elektrische voertuigvermogenmodules: Hoogspanningsomvormers voor elektrische voertuigen hebben baat bij een hogere efficiëntie en minder energieverlies, ondersteunen 800V- en hogere platforms en verlengen het rijbereik.

• Photovoltaïsche en energieopslagsystemen: SiC in hoogvermogende omvormers verbetert de omzettingsefficiëntie tot bijna de theoretische grenzen, waardoor de winstgevendheid van het systeem wordt verhoogd en de operationele kosten worden verlaagd.

• AI-datacenters en high-performance computing: SiC-substraten kunnen het thermisch beheer in krachtige chips verbeteren, waardoor het energieverbruik wordt verminderd en de operationele efficiëntie wordt verhoogd.

• Industriële en consumentenelektronica: toepassingen met hoge frequentie, lage verliezen en hoge temperatuurtolerantie omvatten slimme netwerken, spoorwegtractiesystemen en geavanceerde industriële beheertoestellen.

Betekenis van de industrie en vooruitzichten

Momenteel domineren 6-inch SiC-wafers de wereldmarkt, en 8-inch wafers ondergaan een versnelde productie-up.De succesvolle fabricage van 14-inch wafers markeert het begin van de commercialisering van ultragrote SiC-kristallenGrotere wafers verminderen de productiekosten, verhogen de doorvoer en maken een bredere toepassing van SiC-apparaten mogelijk voor elektrische voertuigen, hernieuwbare energie, AI-computing en industriële toepassingen.

Hoewel de overgang van laboratorium doorbraken naar massaproductie vereist verbeteringen in kristalgroei-opbrengst, ultra-precieze verwerking, epitaxiale laag compatibiliteit,en integratie van de toeleveringsketenIn de komende drie tot vijf jaar zal de wereldwijde concurrentie voor ultragrote wafers van 12 inch en groter officieel worden gelanceerd.de industrie zal naar verwachting verschuiven van 6 inch naar 8 inch massa productieDeze trend geeft aan dat de wereldwijde SiC-industrie een snelle weg van upscaling van wafers ingaat.een solide basis leggen voor de volgende generatie krachtige elektronische apparaten.