ເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບ ທຽບກັບ ເຊມິຄອນດັກເຕີຊິລິກອນຄາໄບ: ວັດສະດຸດຽວກັນທີ່ມີຈຸດໝາຍປາຍທາງທີ່ແຕກຕ່າງກັນສອງຢ່າງ

1. ຄວາມຕ້ອງການຄວາມບໍລິສຸດທີ່ແຕກຕ່າງກັນສຳລັບວັດຖຸດິບ

 

SiC ເກຣດເຊລາມິກມີຄວາມຕ້ອງການຄວາມບໍລິສຸດທີ່ຂ້ອນຂ້າງອ່ອນໂຍນສຳລັບວັດຖຸດິບຜົງຂອງມັນ. ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວ, ຜະລິດຕະພັນເກຣດການຄ້າທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດ 90%-98% ສາມາດຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການການນຳໃຊ້ສ່ວນໃຫຍ່, ເຖິງແມ່ນວ່າເຊລາມິກໂຄງສ້າງປະສິດທິພາບສູງອາດຈະຕ້ອງການຄວາມບໍລິສຸດ 98%-99.5% (ເຊັ່ນ: SiC ທີ່ຜູກມັດກັບປະຕິກິລິຍາຕ້ອງການປະລິມານຊິລິໂຄນອິດສະຫຼະທີ່ຄວບຄຸມໄດ້). ມັນທົນທານຕໍ່ສິ່ງເຈືອປົນບາງຢ່າງ ແລະ ບາງຄັ້ງກໍ່ລວມເອົາຕົວຊ່ວຍໃນການເຜົາເຊັ່ນ: ອາລູມິນຽມອອກໄຊ (Al₂O₃) ຫຼື yttrium oxide (Y₂O₃) ໂດຍເຈດຕະນາເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບການເຜົາ, ຫຼຸດຜ່ອນອຸນຫະພູມການເຜົາ, ແລະ ເພີ່ມຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຜະລິດຕະພັນສຸດທ້າຍ.

 

SiC ຊັ້ນເຄິ່ງຕົວນຳຕ້ອງການລະດັບຄວາມບໍລິສຸດທີ່ເກືອບສົມບູນແບບ. SiC ຜລຶກດ່ຽວຊັ້ນພື້ນຜິວຕ້ອງການຄວາມບໍລິສຸດ ≥99.9999% (6N), ໂດຍການນຳໃຊ້ລະດັບສູງບາງຢ່າງຕ້ອງການຄວາມບໍລິສຸດ 7N (99.99999%). ຊັ້ນ Epitaxial ຕ້ອງຮັກສາຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສິ່ງປົນເປື້ອນໃຫ້ຕໍ່າກວ່າ 10¹⁶ ອະຕອມ/ຊມ³ (ໂດຍສະເພາະການຫຼີກລ່ຽງສິ່ງປົນເປື້ອນໃນລະດັບເລິກເຊັ່ນ B, Al, ແລະ V). ແມ່ນແຕ່ສິ່ງປົນເປື້ອນຮ່ອງຮອຍເຊັ່ນ: ທາດເຫຼັກ (Fe), ອາລູມິນຽມ (Al), ຫຼື ໂບຣອນ (B) ສາມາດສົ່ງຜົນກະທົບຢ່າງຮ້າຍແຮງຕໍ່ຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າໂດຍການເຮັດໃຫ້ເກີດການກະແຈກກະຈາຍຂອງຕົວນຳ, ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມແຮງຂອງສະໜາມແຕກຫັກ, ແລະໃນທີ່ສຸດກໍ່ຫຼຸດຜ່ອນປະສິດທິພາບແລະຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຂອງອຸປະກອນ, ເຊິ່ງຈຳເປັນຕ້ອງມີການຄວບຄຸມສິ່ງປົນເປື້ອນຢ່າງເຂັ້ມງວດ.

 

ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳຊິລິກອນຄາໄບ

 

2. ໂຄງສ້າງ ແລະ ຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ

 

SiC ເກຣດເຊລາມິກ ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນມີຢູ່ໃນຮູບແບບຜົງໂພລີຄຣິສຕາລິນ ຫຼື ວັດຖຸທີ່ຖືກເຜົາໄໝ້ທີ່ປະກອບດ້ວຍຈຸນລະພາກ SiC ຈຳນວນຫຼາຍທີ່ມີທິດທາງແບບສຸ່ມ. ວັດສະດຸອາດຈະມີຫຼາຍໂພລີໄທບ໌ (ເຊັ່ນ: α-SiC, β-SiC) ໂດຍບໍ່ມີການຄວບຄຸມຢ່າງເຂັ້ມງວດຕໍ່ໂພລີໄທບ໌ສະເພາະ, ໂດຍເນັ້ນໜັກໃສ່ຄວາມໜາແໜ້ນ ແລະ ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງວັດສະດຸໂດຍລວມ. ໂຄງສ້າງພາຍໃນຂອງມັນມີຂອບເຂດເມັດພືດທີ່ອຸດົມສົມບູນ ແລະ ຮູຂຸມຂົນຂະໜາດນ້ອຍ, ແລະ ອາດມີຕົວຊ່ວຍເຜົາໄໝ້ (ເຊັ່ນ: Al₂O₃, Y₂O₃).

 

SiC ຊັ້ນເຄິ່ງຕົວນຳຕ້ອງເປັນຊັ້ນຜະລຶກຜລຶກດ່ຽວ ຫຼື ຊັ້ນ epitaxial ທີ່ມີໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ມີລະບຽບສູງ. ມັນຕ້ອງການ polytypes ສະເພາະທີ່ໄດ້ຮັບຜ່ານເຕັກນິກການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ (ເຊັ່ນ: 4H-SiC, 6H-SiC). ຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າເຊັ່ນ: ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນ ແລະ bandgap ແມ່ນມີຄວາມອ່ອນໄຫວຫຼາຍຕໍ່ການເລືອກ polytype, ເຊິ່ງຈຳເປັນຕ້ອງມີການຄວບຄຸມຢ່າງເຂັ້ມງວດ. ປະຈຸບັນ, 4H-SiC ຄອບງໍາຕະຫຼາດຍ້ອນຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າທີ່ດີກວ່າລວມທັງການເຄື່ອນທີ່ຂອງພາຫະນະສູງ ແລະ ຄວາມແຮງຂອງສະໜາມແຕກຫັກ, ເຮັດໃຫ້ມັນເໝາະສົມສຳລັບອຸປະກອນພະລັງງານ.

 

3. ການປຽບທຽບຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງຂະບວນການ

 

SiC ຊັ້ນເຊລາມິກໃຊ້ຂະບວນການຜະລິດທີ່ຂ້ອນຂ້າງງ່າຍດາຍ (ການກະກຽມຜົງ → ການຂຶ້ນຮູບ → ການເຜົາ), ຄ້າຍຄືກັບ "ການເຮັດດິນຈີ່". ຂະບວນການດັ່ງກ່າວກ່ຽວຂ້ອງກັບ:

 

• ການປະສົມຜົງ SiC ຊັ້ນການຄ້າ (ໂດຍປົກກະຕິແມ່ນຂະໜາດໄມຄຣອນ) ກັບສານຍຶດຕິດ
• ການສ້າງຮູບແບບໂດຍການກົດ
• ການເຜົາໄໝ້ດ້ວຍອຸນຫະພູມສູງ (1600-2200°C) ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມໜາແໜ້ນຜ່ານການແຜ່ກະຈາຍຂອງອະນຸພາກ
  ການນຳໃຊ້ສ່ວນໃຫຍ່ສາມາດພໍໃຈກັບຄວາມໜາແໜ້ນ >90%. ຂະບວນການທັງໝົດບໍ່ຕ້ອງການການຄວບຄຸມການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກທີ່ແນ່ນອນ, ໂດຍສຸມໃສ່ການສ້າງ ແລະ ການເຜົາຜະນຶກຄວາມສອດຄ່ອງແທນ. ຂໍ້ດີປະກອບມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງຂະບວນການສຳລັບຮູບຮ່າງທີ່ສັບສົນ, ເຖິງແມ່ນວ່າມີຄວາມຕ້ອງການຄວາມບໍລິສຸດທີ່ຕ່ຳກວ່າ.

 

SiC ຊັ້ນເຄິ່ງຕົວນຳກ່ຽວຂ້ອງກັບຂະບວນການທີ່ສັບສົນຫຼາຍກວ່າ (ການກະກຽມຜົງທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງ → ການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນຜລຶກດຽວ → ການວາງຊັ້ນເວເຟີ epitaxial → ການຜະລິດອຸປະກອນ). ຂັ້ນຕອນຫຼັກລວມມີ:

 

• ການກະກຽມຊັ້ນໃຕ້ດິນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຜ່ານວິທີການຂົນສົ່ງໄອທາງກາຍະພາບ (PVT)
• ການລະເຫີຍຜົງ SiC ໃນສະພາບທີ່ຮຸນແຮງ (2200-2400°C, ສູນຍາກາດສູງ)
• ການຄວບຄຸມທີ່ຊັດເຈນຂອງການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ (±1°C) ແລະພາລາມິເຕີຄວາມກົດດັນ
• ການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນ Epitaxial ຜ່ານການລະເຫີຍໄອເຄມີ (CVD) ເພື່ອສ້າງຊັ້ນທີ່ໜາ ແລະ ມີສ່ວນປະກອບທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນເປັນເອກະພາບ (ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວມີຈຳນວນຫຼາຍຫາຫຼາຍສິບໄມຄຣອນ).
  ຂະບວນການທັງໝົດຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີສະພາບແວດລ້ອມທີ່ສະອາດເປັນພິເສດ (ເຊັ່ນ: ຫ້ອງສະອາດຊັ້ນ 10) ເພື່ອປ້ອງກັນການປົນເປື້ອນ. ລັກສະນະຕ່າງໆປະກອບມີຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງຂະບວນການທີ່ສຸດ, ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຄວບຄຸມພາກສະໜາມຄວາມຮ້ອນ ແລະ ອັດຕາການໄຫຼຂອງອາຍແກັສ, ໂດຍມີຄວາມຕ້ອງການທີ່ເຂັ້ມງວດທັງຄວາມບໍລິສຸດຂອງວັດຖຸດິບ (>99.9999%) ແລະ ຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງອຸປະກອນ.

 

4. ຄວາມແຕກຕ່າງດ້ານຕົ້ນທຶນທີ່ສຳຄັນ ແລະ ທິດທາງຂອງຕະຫຼາດ

 

ຄຸນສົມບັດ SiC ຊັ້ນເຊລາມິກ:

• ວັດຖຸດິບ: ຜົງຊັ້ນການຄ້າ
• ຂະບວນການທີ່ຂ້ອນຂ້າງງ່າຍດາຍ
• ລາຄາຖືກ: ຫຼາຍພັນຫາຫຼາຍສິບພັນຢວນຕໍ່ໂຕນ
• ການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ: ວັດສະດຸຂັດ, ວັດສະດຸທົນໄຟ, ແລະ ອຸດສາຫະກຳອື່ນໆທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ

 

ຄຸນສົມບັດ SiC ຊັ້ນ Semiconductor:

• ວົງຈອນການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ຍາວນານ
• ການຄວບຄຸມຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ທ້າທາຍ
• ອັດຕາຜົນຕອບແທນຕໍ່າ
• ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ: ຫຼາຍພັນໂດລາສະຫະລັດຕໍ່ວັດສະດຸປູພື້ນຂະໜາດ 6 ນິ້ວ
• ຕະຫຼາດທີ່ສຸມໃສ່: ເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າປະສິດທິພາບສູງ ເຊັ່ນ: ອຸປະກອນພະລັງງານ ແລະ ອົງປະກອບ RF
  ດ້ວຍການພັດທະນາຢ່າງວ່ອງໄວຂອງຍານພາຫະນະພະລັງງານໃໝ່ ແລະ ການສື່ສານ 5G, ຄວາມຕ້ອງການຂອງຕະຫຼາດກຳລັງເຕີບໂຕຂຶ້ນຢ່າງໄວວາ.

 

5. ສະຖານະການການນຳໃຊ້ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ

 

SiC ຊັ້ນເຊລາມິກເຮັດໜ້າທີ່ເປັນ "ວັດສະດຸອຸດສາຫະກຳ" ຕົ້ນຕໍສຳລັບການນຳໃຊ້ໂຄງສ້າງ. ໂດຍນຳໃຊ້ຄຸນສົມບັດທາງກົນຈັກທີ່ດີເລີດ (ຄວາມແຂງສູງ, ທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່) ແລະ ຄຸນສົມບັດທາງຄວາມຮ້ອນ (ທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງ, ທົນທານຕໍ່ການຜຸພັງ), ມັນມີຄວາມໂດດເດັ່ນໃນ:

 

• ນ້ຳຢາຂັດ (ລໍ້ຂັດ, ເຈ້ຍຊາຍ)
• ວັດສະດຸທົນໄຟ (ຊັ້ນໃນເຕົາອົບອຸນຫະພູມສູງ)
• ອົງປະກອບທີ່ທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່/ການກັດກ່ອນ (ຕົວປໍ້າ, ຊັ້ນໃນທໍ່)

 

ສ່ວນປະກອບໂຄງສ້າງເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບ

 

SiC ລະດັບເຄິ່ງຕົວນຳເຮັດໜ້າທີ່ເປັນ "ຊັ້ນນຳເອເລັກໂຕຣນິກ", ໂດຍນຳໃຊ້ຄຸນສົມບັດເຄິ່ງຕົວນຳແບນວິດກວ້າງເພື່ອສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ເປັນເອກະລັກໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ:

 

• ອຸປະກອນພະລັງງານ: ອິນເວີເຕີ EV, ຕົວແປງຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ (ປັບປຸງປະສິດທິພາບການປ່ຽນພະລັງງານ)
• ອຸປະກອນ RF: ສະຖານີຖານ 5G, ລະບົບ radar (ເຮັດໃຫ້ຄວາມຖີ່ປະຕິບັດການສູງຂຶ້ນ)
• ອັອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ: ວັດສະດຸພື້ນຖານສຳລັບໄຟ LED ສີຟ້າ

 

ເວເຟີ SiC epitaxial ຂະໜາດ 200 ມິນລີແມັດ

 

ມິຕິ	SiC ຊັ້ນເຊລາມິກ	SiC ຊັ້ນເຄິ່ງຕົວນຳ
ໂຄງສ້າງຜລຶກ	ໂພລີຄຣິສຕັນ, ຫຼາຍໂພລີໄທບ໌	ຜລຶກດຽວ, ໂພລີໄທບ໌ທີ່ເລືອກຢ່າງເຂັ້ມງວດ
ຈຸດສຸມຂອງຂະບວນການ	ການເຮັດໃຫ້ໜາແໜ້ນ ແລະ ການຄວບຄຸມຮູບຮ່າງ	ການຄວບຄຸມຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກ ແລະ ຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າ
ຄວາມສຳຄັນຂອງການປະຕິບັດ	ຄວາມເຂັ້ມແຂງກົນຈັກ, ຄວາມຕ້ານທານການກັດກ່ອນ, ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງຄວາມຮ້ອນ	ຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າ (bandgap, ສະໜາມແຍກສ່ວນ, ແລະອື່ນໆ)
ສະຖານະການການນຳໃຊ້	ອົງປະກອບໂຄງສ້າງ, ຊິ້ນສ່ວນທີ່ທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່, ອົງປະກອບທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ	ອຸປະກອນພະລັງງານສູງ, ອຸປະກອນຄວາມຖີ່ສູງ, ອຸປະກອນອອບໂຕອີເລັກໂທຣນິກ
ຕົວຂັບເຄື່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ	ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງຂະບວນການ, ຕົ້ນທຶນວັດຖຸດິບ	ອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກ, ຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງອຸປະກອນ, ຄວາມບໍລິສຸດຂອງວັດຖຸດິບ

 

ສະຫຼຸບແລ້ວ, ຄວາມແຕກຕ່າງພື້ນຖານແມ່ນມາຈາກຈຸດປະສົງການເຮັດວຽກທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງມັນ: SiC ເກຣດເຊລາມິກໃຊ້ "ຮູບແບບ (ໂຄງສ້າງ)" ໃນຂະນະທີ່ SiC ເກຣດເຄິ່ງຕົວນຳໃຊ້ "ຄຸນສົມບັດ (ໄຟຟ້າ)". ອັນກ່ອນໜ້ານີ້ສະແຫວງຫາປະສິດທິພາບທາງກົນຈັກ/ຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ໃນຂະນະທີ່ອັນຫຼັງເປັນຕົວແທນຂອງຈຸດສູງສຸດຂອງເຕັກໂນໂລຊີການກະກຽມວັດສະດຸເປັນວັດສະດຸທີ່ມີປະໂຫຍດສູງ, ເປັນຜລຶກດຽວ. ເຖິງແມ່ນວ່າ SiC ເກຣດເຊລາມິກ ແລະ ເກຣດເຄິ່ງຕົວນຳມີຕົ້ນກຳເນີດທາງເຄມີດຽວກັນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຈະແຈ້ງໃນຄວາມບໍລິສຸດ, ໂຄງສ້າງຜລຶກ, ແລະ ຂະບວນການຜະລິດ - ແຕ່ທັງສອງລ້ວນແຕ່ປະກອບສ່ວນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ການຜະລິດອຸດສາຫະກຳ ແລະ ຄວາມກ້າວໜ້າທາງເຕັກໂນໂລຢີໃນຂົງເຂດຂອງມັນ.