Réamhrá ar charbaíd sileacain
Is ábhar leathsheoltóra cumaisc é cairbíd sileacain (SiC) atá comhdhéanta de charbón agus sileacan, ar ceann de na hábhair idéalach é chun gléasanna ardteochta, ardmhinicíochta, ardchumhachta agus ardvoltais a dhéanamh. I gcomparáid leis an ábhar sileacain traidisiúnta (Si), tá bearna banda cairbíd sileacain 3 huaire níos mó ná bearna banda sileacain. Tá an seoltacht theirmeach 4-5 huaire níos mó ná sileacan; Tá an voltas miondealaithe 8-10 n-uaire níos mó ná sileacan; Tá an ráta drift sáithiúcháin leictreonaigh 2-3 huaire níos mó ná sileacan, rud a chomhlíonann riachtanais an tionscail nua-aimseartha maidir le hardchumhacht, ardvoltas agus ardmhinicíocht. Úsáidtear é go príomha chun comhpháirteanna leictreonacha ardluais, ardmhinicíochta, ardchumhachta agus astaithe solais a tháirgeadh. I measc na réimsí feidhmchláir iartheachtacha tá eangach chliste, feithiclí fuinnimh nua, cumhacht gaoithe fótavoltach, cumarsáid 5G, etc. Tá dé-óidí cairbíd sileacain agus MOSFETanna curtha i bhfeidhm go tráchtála.
Friotaíocht ardteochta. Tá leithead an bhearna banda i gcarbíd sileacain 2-3 oiread leithead an bhearna banda i sileacan, níl sé éasca na leictreoin a aistriú ag teochtaí arda, agus is féidir leo teochtaí oibriúcháin níos airde a sheasamh, agus tá seoltacht theirmeach charbíd sileacain 4-5 oiread leithead an tseoltachta, rud a fhágann go bhfuil an fheiste níos éasca teas a dhíscaoileadh agus go bhfuil an teocht oibriúcháin teoranta níos airde. Is féidir leis an fhriotaíocht ardteochta dlús cumhachta a mhéadú go suntasach agus na ceanglais ar an gcóras fuaraithe á laghdú ag an am céanna, rud a fhágann go bhfuil an críochfort níos éadroime agus níos lú.
Seasamh le brú ard. Tá neart réimse leictrigh miondealaithe charbaid sileacain 10 n-uaire níos mó ná neart sileacain, agus is féidir leis voltais níos airde a sheasamh agus tá sé níos oiriúnaí do ghléasanna ardvoltais.
Friotaíocht ardmhinicíochta. Tá ráta drift leictreon sáithithe ag cairbíd sileacain atá dhá oiread níos airde ná sileacan, rud a fhágann nach mbíonn aon eireaball reatha ann le linn an phróisis múchta, rud a fhéadann minicíocht lasctha an fheiste a fheabhsú go héifeachtach agus miondealú an fheiste a bhaint amach.
Caillteanas íseal fuinnimh. I gcomparáid le hábhar sileacain, tá friotaíocht lasctha an-íseal agus caillteanas lasctha íseal ag cairbíd sileacain. Ag an am céanna, laghdaíonn leithead ard bearna bannaí cairbíd sileacain an sruth sceite agus an caillteanas cumhachta go mór. Ina theannta sin, níl aon feiniméan sreinge reatha ag an bhfeiste cairbíd sileacain le linn an phróisis múchta, agus tá an caillteanas lasctha íseal.
Slabhra tionscail sileacain charbaid
Áirítear leis go príomha foshraith, eipitacsaíocht, dearadh gléasanna, monarú, séalaithe agus mar sin de. Ón ábhar go dtí an gléas cumhachta leathsheoltóra, beidh fás criostail aonair, slisniú tinne, fás eipitacsach, dearadh vaiféir, monarú, pacáistiú agus próisis eile ag carbód sileacain. Tar éis sintéis púdar carbód sileacain, déantar an tinne carbód sileacain ar dtús, agus ansin faightear an foshraith carbód sileacain trí slisniú, meilt agus snasú, agus faightear an leathán eipitacsach trí fhás eipitacsach. Déantar an vaiféir eipitacsach as carbód sileacain trí litagrafaíocht, greanadh, ionchlannú ian, pasiviú miotail agus próisis eile, gearrtar an vaiféir i mbás, pacáiltear an gléas, agus cuirtear an gléas le chéile i mblaosc speisialta agus cóimeáiltear é i modúl.
Suas srutha an tslabhra tionscail 1: foshraith - is é fás criostail an nasc lárnach próisis
Is ionann foshraith charbaid sileacain agus thart ar 47% de chostas feistí charbaid sileacain, agus is iad na bacainní teicniúla déantúsaíochta is airde agus an luach is mó, agus is iad croílár thionsclaíocht mhórscála SiC sa todhchaí.
Ó thaobh difríochtaí airíonna leictriceimiceacha de, is féidir ábhair foshraitheanna charbaíde sileacain a roinnt ina foshraitheanna seoltaí (réigiún friotaíochta 15~30mΩ·cm) agus foshraitheanna leath-inslithe (friotachas níos airde ná 105Ω·cm). Úsáidtear an dá chineál foshraitheanna seo chun gléasanna scoite a mhonarú, amhail gléasanna cumhachta agus gléasanna minicíochta raidió, faoi seach, tar éis fáis eipitacsaigh. Ina measc, úsáidtear foshraith charbaíde sileacain leath-inslithe go príomha i ndéantúsaíocht gléasanna RF níotráite ghailliam, gléasanna fótaileictreacha agus mar sin de. Trí shraith eipitacsaigh gan a fhás ar fhoshraith SIC leath-inslithe, ullmhaítear an pláta eipitacsaigh sic, ar féidir é a ullmhú tuilleadh i ngléasanna RF iso-níotráite gan HEMT. Úsáidtear foshraith charbaíde sileacain seoltaí go príomha i ndéantúsaíocht gléasanna cumhachta. Difriúil ón bpróiseas monaraíochta gléas cumhachta sileacain traidisiúnta, ní féidir an gléas cumhachta sileacain charbaíde a dhéanamh go díreach ar an tsubstráit sileacain charbaíde, ní mór an ciseal eipitacsach sileacain charbaíde a fhás ar an tsubstráit seoltaí chun an leathán eipitacsach sileacain charbaíde a fháil, agus déantar an ciseal eipitacsach a mhonarú ar an dé-óid Schottky, MOSFET, IGBT agus gléasanna cumhachta eile.
Sintéiseadh púdar sileacain charbaíde ó phúdar carbóin ard-íonachta agus púdar sileacain ard-íonachta, agus fásadh méideanna éagsúla de thinn sileacain charbaíde faoi réimse teochta speisialta, agus ansin táirgeadh foshraith sileacain charbaíde trí phróisis phróiseála iolracha. Áirítear leis an bpríomhphróiseas:
Sintéis amhábhar: Measctar an púdar sileacain ard-íonachta + tónóir de réir na foirmle, agus déantar an t-imoibriú sa seomra imoibrithe faoi choinníoll ardteochta os cionn 2000°C chun na cáithníní cairbíde sileacain a shintéisiú le cineál criostail agus méid cáithníní ar leith. Ansin trí na próisis brúite, scagtha, glantacháin agus eile, chun freastal ar riachtanais amhábhar púdair cairbíde sileacain ard-íonachta.
Is é fás criostail croíphróiseas monaraíochta foshraithe sileacain charbaíde, rud a chinneann airíonna leictreacha foshraithe sileacain charbaíde. Faoi láthair, is iad na príomh-mhodhanna le haghaidh fáis criostail ná aistriú fisiceach gaile (PVT), taisceadh gaile ceimiceach ardteochta (HT-CVD) agus eipitacsas céime leachta (LPE). Ina measc, is é modh PVT an modh príomhshrutha le haghaidh fás tráchtála foshraithe SiC faoi láthair, leis an aibíocht theicniúil is airde agus an ceann is forleithne a úsáidtear san innealtóireacht.
Tá sé deacair foshraith SiC a ullmhú, rud a fhágann go bhfuil a phraghas ard
Tá sé deacair rialú réimse teochta a dhéanamh: ní gá ach 1500℃ a dhéanamh le haghaidh fás slat criostail Si, agus ní mór slat criostail SiC a fhás ag teocht ard os cionn 2000℃, agus tá níos mó ná 250 isiméir SiC ann, ach mura bhfuil rialú beacht ar phríomhstruchtúr criostail aonair 4H-SiC le haghaidh táirgeadh gléasanna cumhachta, gheobhaidh sé struchtúir chriostail eile. Ina theannta sin, cinneann an grádán teochta sa bhreogán ráta aistrithe sublimation SiC agus socrú agus modh fáis na n-adamh gásach ar chomhéadan an chriostail, rud a théann i bhfeidhm ar ráta fáis an chriostail agus ar cháilíocht an chriostail, mar sin tá sé riachtanach teicneolaíocht rialaithe réimse teochta córasach a fhoirmiú. I gcomparáid le hábhair Si, tá an difríocht i dtáirgeadh SiC freisin i bpróisis ardteochta amhail ionchlannú ian ardteochta, ocsaídiú ardteochta, gníomhachtú ardteochta, agus an próiseas masc crua a theastaíonn ó na próisis ardteochta seo.
Fás mall criostail: is féidir le ráta fáis slat criostail Si 30 ~ 150mm/u a bhaint amach, agus ní thógann sé ach thart ar 1 lá slat criostail sileacain 1-3m a tháirgeadh; mar shampla, slat criostail SiC leis an modh PVT, is é an ráta fáis ná thart ar 0.2-0.4mm/u, fás níos lú ná 3-6cm i 7 lá, tá an ráta fáis níos lú ná 1% den ábhar sileacain, agus tá an cumas táirgthe an-teoranta.
Paraiméadair táirge arda agus toradh íseal: áirítear ar chroípharaiméadair an tsubstráit SiC dlús micreatubúil, dlús díláithrithe, friotaíocht, corraíl, garbh-dhromchla, etc. Is innealtóireacht chórais chasta í adaimh a shocrú i seomra ardteochta dúnta agus fás criostail a chomhlánú, agus innéacsanna paraiméadair á rialú ag an am céanna.
Tá cruas ard, sobhristeacht ard, am gearrtha fada agus caitheamh ard ag an ábhar: níl ach diamant ina dhiaidh sin ach cruas SiC Mohs de 9.25, rud a fhágann go méadaítear go suntasach deacracht an ghearradh, an mheilt agus an snasú, agus tógann sé thart ar 120 uair an chloig 35-40 píosa de thinn 3cm tiubh a ghearradh. Ina theannta sin, mar gheall ar an sobhristeacht ard atá ag SiC, beidh caitheamh próiseála na vaiféil níos mó, agus níl an cóimheas aschuir ach thart ar 60%.
Treocht forbartha: Méadú méide + laghdú praghais
Tá líne táirgthe toirte 6-orlach an mhargaidh dhomhanda SiC ag aibiú, agus tá cuideachtaí móra tar éis dul isteach sa mhargadh 8-orlach. Is iad 6-orlach den chuid is mó tionscadail forbartha intíre. Faoi láthair, cé go bhfuil formhór na gcuideachtaí intíre fós bunaithe ar línte táirgthe 4-orlach, tá an tionscal ag leathnú de réir a chéile go 6-orlach, le haibíocht na teicneolaíochta trealaimh tacaíochta 6-orlach, tá feabhas de réir a chéile ag teacht ar theicneolaíocht foshraithe SiC intíre freisin, agus léireofar geilleagair scála línte táirgthe mórmhéide, agus tá an bhearna ama reatha maidir le táirgeadh mais 6-orlach intíre laghdaithe go 7 mbliana. Is féidir le méid níos mó na sceallóga méadú a thabhairt ar líon na sceallóga aonair, an ráta toraidh a fheabhsú, agus cion na sceallóga imeall a laghdú, agus coimeádfar costas taighde agus forbartha agus caillteanas toraidh ag thart ar 7%, rud a fheabhsaíonn úsáid na sceallóga.
Tá go leor deacrachtaí fós ann maidir le dearadh gléasanna
Tá feabhas de réir a chéile tagtha ar thráchtálú dé-óid SiC, agus faoi láthair tá roinnt déantúsóirí intíre tar éis táirgí SiC SBD a dhearadh. Tá dea-chobhsaíocht ag táirgí SiC SBD meánvoltais agus ardvoltais. I mboscaí feithicle, úsáidtear SiC SBD + SI IGBT chun dlús reatha cobhsaí a bhaint amach. Faoi láthair, níl aon bhacainní i ndearadh paitinne táirgí SiC SBD sa tSín, agus tá an bhearna le tíortha coigríche beag.
Tá go leor deacrachtaí fós ag baint le SiC MOS, tá bearna fós idir SiC MOS agus monaróirí thar lear, agus tá an t-ardán déantúsaíochta ábhartha fós á thógáil. Faoi láthair, tá ST, Infineon, Rohm agus SiC MOS 600-1700V eile tar éis táirgeadh mais a bhaint amach agus sínithe agus seolta le go leor tionscal déantúsaíochta, cé go bhfuil dearadh reatha an SiC MOS intíre críochnaithe go bunúsach, tá roinnt monaróirí dearaidh ag obair le monarchana ag céim an tsreafa vaiféir, agus tá roinnt ama fós ag teastáil chun fíorú custaiméirí a dhéanamh níos déanaí, mar sin tá tamall fada fós ann sula ndéanfar tráchtálú ar scála mór.
Faoi láthair, is é an struchtúr planar an rogha is mó, agus úsáidtear an cineál trinse go forleathan sa réimse ardbhrú amach anseo. Tá go leor monaróirí struchtúr planar SiC MOS ann, agus níl sé éasca fadhbanna miondealaithe áitiúla a chruthú i gcomparáid leis an gclais, rud a théann i bhfeidhm ar chobhsaíocht na hoibre. Tá luach feidhme leathan ag an margadh faoi bhun 1200V, agus tá an struchtúr planar sách simplí ó thaobh monaraíochta de, chun freastal ar dhá ghné de indéantúsaíocht agus rialú costais. Tá buntáistí ag baint leis an bhfeiste clais go bhfuil ionduchtas seadánach an-íseal, luas lasctha tapa, caillteanas íseal agus feidhmíocht réasúnta ard.
2--Nuacht faoi sceallóga SiC
Fás táirgeachta agus díolacháin mhargaidh charbíde sileacain, aird a thabhairt ar an míchothromaíocht struchtúrach idir soláthar agus éileamh
Le fás tapa an éilimh sa mhargadh ar leictreonaic chumhachta ard-minicíochta agus ardchumhachta, tá an teorainn fhisiciúil ar ghléasanna leathsheoltóra bunaithe ar sileacan ag éirí níos suntasaí de réir a chéile, agus tá na hábhair leathsheoltóra tríú glúin arna léiriú ag cairbíd sileacain (SiC) tionsclaithe de réir a chéile. Ó thaobh feidhmíochta ábhair de, tá leithead bearna banda 3 huaire níos mó ag cairbíd sileacain ná ábhar sileacain, 10 n-uaire níos mó neart réimse leictrigh miondealú criticiúil, agus 3 huaire níos mó seoltachta teirmeach, mar sin tá gléasanna cumhachta cairbíd sileacain oiriúnach d'fheidhmchláir ard-minicíochta, ard-bhrú, ard-teocht agus eile, rud a chabhraíonn le héifeachtúlacht agus dlús cumhachta córas leictreonach cumhachta a fheabhsú.
Faoi láthair, tá dé-óidí SiC agus MOSFETanna SiC ag teacht isteach sa mhargadh de réir a chéile, agus tá táirgí níos aibí ann, ina measc úsáidtear dé-óidí SiC go forleathan in ionad dé-óidí bunaithe ar sileacan i roinnt réimsí toisc nach bhfuil buntáiste acu maidir le muirear aisghabhála droim ar ais; úsáidtear MOSFETanna SiC de réir a chéile freisin i ngluaisteáin, stóráil fuinnimh, carn luchtaithe, fótavoltach agus réimsí eile; I réimse na bhfeidhmchlár feithicleach, tá an treocht modúlúcháin ag éirí níos suntasaí, agus ní mór do phróisis phacáistithe chun feidhmíocht níos fearr SiC a bhaint amach. Ó thaobh na teicneolaíochta de, le séalaithe sliogáin atá sách aibí mar phríomhshruth, tá sé níos oiriúnaí do thréithe forbartha saincheaptha modúil SiC sa todhchaí.
Luas meath praghais charbíde sileacain nó thar shamhlaíocht
Tá úsáid gléasanna cairbíde sileacain teoranta den chuid is mó ag an gcostas ard, tá praghas SiC MOSFET faoin leibhéal céanna ceithre huaire níos airde ná praghas IGBT bunaithe ar Si, agus tá sé seo amhlaidh toisc go bhfuil próiseas casta cairbíde sileacain, ina bhfuil fás criostail aonair agus eipitacsach ní hamháin crua ar an gcomhshaol, ach tá an ráta fáis mall freisin, agus caithfidh próiseáil criostail aonair isteach sa tsubstráit dul tríd an bpróiseas gearrtha agus snasta. Bunaithe ar a shaintréithe ábhair féin agus ar theicneolaíocht phróiseála neamhaibí, tá toradh an tsubstráit intíre níos lú ná 50%, agus bíonn praghsanna arda foshraitheanna agus eipitacsacha mar thoradh ar fhachtóirí éagsúla.
Mar sin féin, tá comhdhéanamh costais gléasanna sileacain charbaíde agus gléasanna bunaithe ar sileacan go trasnánach os coinne a chéile, is ionann costais an tsubstráit agus an eipitacsaigh den chainéal tosaigh agus 47% agus 23% den fheiste iomlán faoi seach, ag teacht le thart ar 70% san iomlán, níl ach 30% de dhearadh, monarú agus séalaithe na ngléasanna den chainéal cúil, tá costas táirgthe gléasanna bunaithe ar sileacan dírithe go príomha ar mhonarú vaiféir an chainéil chúil thart ar 50%, agus níl ach 7% de chostas an tsubstráit. Ciallaíonn feiniméan luach slabhra tionscail sileacain charbaíde bun os cionn go bhfuil an ceart lárnach ag monaróirí eipitacsaigh tsubstráit suas an tsrutha labhairt, arb é an eochair do leagan amach fiontar intíre agus eachtrannach é.
Ó thaobh dinimic an mhargaidh de, is éard atá i gceist le costas charbaíd sileacain a laghdú, chomh maith le feabhas a chur ar phróiseas criostail fhada agus slisnithe charbaíd sileacain, ná méid na sceallóga a leathnú, rud a bhí ina chosán aibí d'fhorbairt leathsheoltóra san am atá thart. Léiríonn sonraí Wolfspeed gur féidir le huasghrádú foshraithe charbaíd sileacain ó 6 orlach go 8 n-orlach táirgeadh sliseanna cáilithe a mhéadú 80% -90%, agus cabhrú le toradh a fheabhsú. Is féidir leis an gcostas aonaid chomhcheangailte a laghdú 50%.
Tugtar "an chéad bhliain SiC 8 n-orlach" ar 2023, agus i mbliana, tá monaróirí cairbíde sileacain intíre agus eachtrannacha ag luasghéarú leagan amach cairbíde sileacain 8 n-orlach. Mar shampla, rinne Wolfspeed infheistíocht mhór de 14.55 billiún dollar SAM chun táirgeadh cairbíde sileacain a leathnú, agus is cuid thábhachtach de sin tógáil gléasra monaraíochta foshraithe SiC 8 n-orlach. Chun soláthar miotail lom SiC 200 mm amach anseo a chinntiú do roinnt cuideachtaí; tá comhaontuithe fadtéarmacha sínithe ag Domestic Tianyue Advanced agus Tianke Heda le Infineon freisin chun foshraitheanna cairbíde sileacain 8 n-orlach a sholáthar amach anseo.
Ón mbliain seo ar aghaidh, luasghéaróidh cairbíd sileacain ó 6 orlach go 8 n-orlach, agus tá Wolfspeed ag súil go laghdófar costas aonaid sliseanna foshraithe 8 n-orlach níos mó ná 60% faoi 2024 i gcomparáid le costas aonaid sliseanna foshraithe 6 orlach in 2022, agus go n-osclóidh an laghdú costais an margadh feidhmchlár tuilleadh, de réir sonraí taighde Ji Bond Consulting. Tá sciar den mhargadh reatha táirgí 8 n-orlach níos lú ná 2%, agus meastar go bhfásfaidh an sciar den mhargadh go dtí thart ar 15% faoi 2026.
Déanta na fírinne, d’fhéadfadh ráta meathlaithe phraghas an tsubstráit charbaíde sileacain a bheith níos mó ná samhlaíocht go leor daoine. Is é 4,000-5,000 yuan an praghas reatha ar an tsubstráit 6-orlach sa mhargadh. I gcomparáid leis an tús, tá sé tite go mór, agus meastar go dtitfidh sé faoi bhun 4,000 yuan an bhliain seo chugainn. Is fiú a thabhairt faoi deara go laghdaigh roinnt monaróirí a bpraghas díolacháin go dtí an líne costais thíos chun an margadh a fháil. Mar gheall ar an gcogadh praghsanna atá dírithe go príomha ar sholáthar an tsubstráit charbaíde sileacain i réimse an voltais íseal, tá monaróirí baile agus eachtrannacha ag leathnú a gcumas táirgthe go ionsaitheach, nó tá an ró-sholáthar ar an tsubstráit charbaíde sileacain níos luaithe ná mar a shamhlaítear.
Am an phoist: 19 Eanáir 2024