Высокочистые полуизолирующие подложки из карбида кремния (SiC) представляют собой специализированные материалы, изготовленные из карбида кремния, широко используемые в производстве силовой электроники, радиочастотных (РЧ) устройств и высокочастотных, высокотемпературных полупроводниковых компонентов. Карбид кремния, как полупроводниковый материал с широкой запрещенной зоной, обладает превосходными электрическими, тепловыми и механическими свойствами, что делает его очень подходящим для применения в высоковольтных, высокочастотных и высокотемпературных условиях.

Вот подробное введение в высокочистые полуизолирующие подложки SiC:

Характеристики материала  Полуизолирующий карбид кремния (SiC)

• Полуизолирующие свойства: Высокочистые полуизолирующие подложки SiC изготавливаются с использованием точных методов легирования, что приводит к очень низкой электропроводности, обеспечивая им высокое сопротивление при комнатной температуре. Эта полуизолирующая характеристика позволяет им эффективно изолировать различные области в электронных приложениях, сводя к минимуму электрические помехи и делая их идеальными для устройств высокой мощности, высокой частоты и высокого напряжения.

• Высокая теплопроводность: Карбид кремния имеет теплопроводность примерно 4,9 Вт/см·К, что намного выше, чем у кремния, что обеспечивает лучшее рассеивание тепла. Это имеет решающее значение для силовых устройств, работающих при высокой плотности мощности, снижая риск выхода устройства из строя из-за перегрева.

• Широкая запрещенная зона: SiC имеет широкую запрещенную зону 3,26 эВ по сравнению с 1,1 эВ у кремния, что делает его более способным выдерживать более высокие напряжения и токи, а также работать на высоких частотах и ​​высоких мощностях. Это позволяет устройствам SiC функционировать в условиях, которые обычно привели бы к выходу из строя устройств на основе кремния.

• Химическая стабильность: SiC обладает превосходной химической стабильностью, что делает его устойчивым к высоким температурам, высокой влажности и кислотно-щелочным средам, тем самым повышая долговечность компонентов в суровых условиях.

• Высокая механическая прочность: SiC известен своей твердостью и высокой механической прочностью, что делает его устойчивым к физическим повреждениям. Это свойство делает его подходящим для применений с высокой мощностью, где механическая прочность имеет решающее значение.

Основные области применения

• Силовая электроника: Благодаря своим превосходным высокотемпературным и высоковольтным характеристикам, высокочистые полуизолирующие подложки SiC широко используются в силовых полупроводниковых приборах, таких как MOSFET (полевые транзисторы с металл-оксид-полупроводником), IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), SBD (диоды Шоттки) и т. д. Эти устройства обычно встречаются в системах преобразования энергии, электромобилях, инверторах, системах солнечной энергии и многом другом.

​

• Радиочастотные (РЧ) устройства: Подложки SiC идеально подходят для высокочастотных, мощных приложений, таких как РЧ-усилители, радиолокационные системы и коммуникационное оборудование, обеспечивая надежные возможности обработки сигналов и стабильность.

​

• Высокотемпературные и высоконапорные приложения: Прочность SiC позволяет ему хорошо работать в экстремальных условиях, включая аэрокосмическую, автомобильную и военную отрасли, где преобладают высокие температуры, высокое давление и высокая мощность.

​

• Оптоэлектронные устройства: Подложки SiC используются в детекторах ультрафиолетового света, лазерах и других оптоэлектронных устройствах благодаря их сильной реакции на ультрафиолетовый свет, что делает их подходящими для мониторинга окружающей среды, военных и медицинских применений.

​

• Электрические транспортные средства (EV) и транспортные средства на новой энергии: По мере роста числа электромобилей высокочистые полуизолирующие подложки SiC играют все более важную роль в системах управления батареями, системах преобразования энергии и других мощных приложениях в автомобильной промышленности.

Преимущества

• Высокая эффективность и низкие потери: Высокочистые полуизолирующие подложки SiC обеспечивают низкие потери проводимости и высокую пропускную способность по току, повышая эффективность силовых устройств и снижая потери энергии, что делает их идеальными для мощных приложений.

• Широкий диапазон рабочих температур: Устройства SiC могут работать в условиях более высоких температур по сравнению с кремниевыми устройствами, что имеет решающее значение для поддержания стабильной работы в суровых условиях эксплуатации.

• Долговечность и надежность: Подложки SiC обладают высокой устойчивостью к высоким температурам, коррозии и износу, что способствует долгосрочной стабильности и надежности устройств, использующих их. Это делает их особенно ценными в критически важных приложениях, где отказ недопустим.

Производственный процесс

• Выращивание кристаллов: Высокочистые полуизолирующие подложки SiC выращиваются с использованием таких методов, как химическое осаждение из паровой фазы (CVD) или физический транспорт пара (PVT), обеспечивая высококачественные кристаллы с минимальными дефектами для соответствия строгим требованиям силовых полупроводниковых приборов.

• Контроль легирования: Методы легирования (например, легирование алюминием или азотом) тщательно контролируются для достижения желаемых полуизолирующих характеристик с точной настройкой сопротивления и электрических свойств. Этот процесс требует передовых технологий и строгого контроля процесса для обеспечения оптимальной производительности подложки.

• Обработка поверхности: После выращивания подложки SiC подвергаются строгой полировке поверхности и очистке для устранения дефектов и снижения плотности поверхностного заряда, что повышает производительность и надежность конечного устройства.

Обзор рынка

Спрос на высокочистые полуизолирующие подложки SiC неуклонно растет из-за растущего внедрения электромобилей, интеллектуальных сетей, возобновляемой энергии (например, солнечной и ветровой энергии) и высокоэффективной силовой электроники. Поскольку методы производства подложек SiC продолжают совершенствоваться, а спрос на энергоэффективные устройства растет, ожидается, что рынок подложек SiC значительно расширится. В будущем подложки SiC станут еще более важными в силовой электронике и связанных с ней технологиях.

Проблемы и будущее развитие

• Контроль затрат: Производственные затраты на подложки SiC остаются относительно высокими, особенно для подложек большого диаметра. Постоянная оптимизация производственных процессов будет иметь важное значение для снижения затрат и повышения доступности устройств на основе SiC.

• Масштабируемость: Хотя подложки SiC уже используются во многих приложениях, масштабирование производства для удовлетворения глобального спроса, особенно на подложки большего размера, остается сложной задачей. Дальнейшие достижения в методах выращивания подложек и методах производства будут иметь решающее значение для решения этой проблемы.

• Технологические достижения: По мере развития технологий SiC будут улучшаться качество подложек, выход продукции и производительность устройств. Новые разработки расширят использование подложек SiC в дополнительных отраслях и приложениях, что еще больше стимулирует их внедрение на рынке.