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碳化硅涂层产业发展现状

2021-07-20 04:48:13

二十世纪九十年代以来,美、日、欧和其他发达国家为了保持航天、军事和技能上的优势,将开展碳化硅半导体技能放在极其重要的战略地位,相继投入了大量的人力和资金对碳化硅资料和器材技能进行了广泛深化的研讨,旨在提高其装备系统的能力和减小组件的体积,现在现已取得了严重的打破。碳化硅功率半导体器材为更小体积、更快速度、更低成本、更高功率的下一代电力电子技能的前进供给了机会,在智能电网、轨道交通、电动汽车、新能源并网、开关电源、工业电机以及家用电器等领域具有严重的使用前景和工业价值。

1、碳化硅单晶资料


现在成长碳化硅单晶最老练的办法是物理气相输运(PVT)法,其成长机理是:在超过2000 ℃高温下将碳粉和硅粉升华分化成为Si原子、Si2C分子和SiC2分子等气相物质,在温度梯度的驱动下,这些气相物质将被输运到温度较低的碳化硅籽晶上形成4H型碳化硅晶体。经过控制PVT的温场、气流等工艺参数能够成长特定的4H-SiC晶型。


碳化硅单晶资料首要有导通型衬底和半绝缘衬底两种。高质量、大尺度的碳化硅单晶资料是碳化硅技能开展首要处理的问题,继续增大晶圆尺度、下降缺点密度(微管、位错、层错等)是其重点开展方向。2010年,美国Cree公司发布6英寸碳化硅单晶衬底样品,并于2015年开端批量供货;2015年,美国Cree、II-Ⅵ公司推出了8英寸碳化硅单晶衬底资料样品碳化硅涂层,附近的碳化硅涂层,碳化硅涂层厂家

碳化硅涂层

全球导通型碳化硅晶圆资料商场的开展趋势碳化硅涂层,附近的碳化硅涂层,碳化硅涂层厂家。导通型碳化硅单晶衬底资料是制造碳化硅功率半导体器材的基材。依据Yolo公司统计,2017年4英寸碳化硅晶圆商场接近10万片;6英寸碳化硅晶圆供货约1.5万片;预计到2020年,4英寸碳化硅晶圆的商场需求保持在10万片左右,单价将下降25 %;6英寸碳化硅晶圆的商场需求将超过8万片。预计2020~2025年,4英寸碳化硅晶圆的单价每年下降10 %左右,商场规模逐渐从10万片商场削减到8万片,6英寸晶圆将从8万片增长到20万片;2025~2030年,4英寸晶圆逐渐退出商场,6英寸晶圆将增长至40万片。


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全球半绝缘碳化硅晶圆资料商场的开展趋势。半绝缘衬底具有高电阻的同时能够接受更高的频率,因此在5G通讯和新一代智能互联,传感感应器材上具有广阔的使用空间。当时主流半绝缘衬底的产品以4英寸为主。2017年,全球半绝缘衬底的商场需求约4万片。预计到2020年,4英寸半绝缘衬底的商场保持在4万片,而6英寸半绝缘衬底的商场敏捷提高至4~5万片;2025~2030年,4英寸半绝缘衬底逐渐退出商场碳化硅涂层,附近的碳化硅涂层,碳化硅涂层厂家,而6英寸晶圆将增长至20万片。


国际上碳化硅单晶衬底资料的工业化公司首要有美国科锐(Cree)、II-VI、道康宁(Dow Corning),德国SiCrystal(被日本罗姆Rohm收买)等公司,其碳化硅单晶产品掩盖4英寸和6英寸。


国内首要碳化硅单晶衬底资料企业和研发机构现已具有了老练的4英寸零微管碳化硅单晶产品,并现已研发出了6英寸单晶样品,可是在晶体资料质量和工业化能力方面距离国际先进水平存在必定距离。


2、碳化硅外延资料


与传统硅功率器材制造工艺不同的是,碳化硅功率器材不能直接制造在碳化硅单晶资料上,有必要在导通型单晶衬底上额外成长高质量的外延资料,并在外延层上制造各类器材。首要的外延技能是化学气相沉积(CVD),经过台阶流的成长来完成必定厚度和掺杂的碳化硅外延资料。跟着碳化硅功率器材制造要求和耐压等级的不断提高,碳化硅外延资料不断向低缺点、厚外延方向开展。近年来,薄碳化硅外延资料(20 μm以下)的质量不断提高,外延资猜中的微管缺点现已消除,坠落物、三角形、胡萝卜、螺位错、基平面位错、深能级缺点等成为影响器材性能的首要因素。跟着外延成长技能的前进碳化硅涂层,附近的碳化硅涂层,碳化硅涂层厂家,外延层厚度也从过去的几μm、十几μm开展到现在的几十μm、上百μm。


因为碳化硅器材有必要制造在外延资料上,所以根本上一切碳化硅单晶资料都将作为衬底资料用来成长外延资料。国际上碳化硅外延资料技能开展敏捷,最外延厚度到达250 μm以上。其中,20 μm及以下的外延技能老练度较高,外表缺点密度碳化硅涂层,附近的碳化硅涂层,碳化硅涂层厂家现已下降到1个/cm2以下,位错密度已从过去的105个/cm2,下降到现在的103个/cm2以下,基平面位错的转化率接近100 %,现已根本到达碳化硅器材规模化生产对外延资料的要求。近年来国际上30 μm~50 μm外延资料技能也敏捷老练起来,可是因为遭到商场需求的局限,工业化进度缓慢。现在批量碳化硅外延资料的工业化公司有美国的Cree碳化硅涂层,附近的碳化硅涂层,碳化硅涂层厂家、Dow Corning,日本昭和电工(Showa Denko)等。


我国碳化硅外延资料的研发和工业化水平紧紧跟随国际水平,产品已打入国际商场。在工业化方面,我国20μm及以下的碳化硅外延资料产品水平接近国际先进水平;在研发方面,我国开发了100μm的厚外延资料,在厚外延资料缺点控制等方面距离国际先进水平有必定的距离。同时,因为国内碳化硅芯片制造能力薄弱,对碳化硅单晶和资料的需求较低,尚不足以彻底支撑和拉动我国碳化硅单晶衬底和外延资料工业的开展。


3、碳化硅功率器材


碳化硅功率半导体器材包含二极管和晶体管,其中二极管首要有结势垒肖特基功率二极管(JBS)、PiN功率二极管和混合PiN肖特基二极管(MPS);晶体管首要有金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和门极可关断晶闸管(GTO)等。


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