那氮化鎵外延層為啥也要在碳化硅單晶襯底上長呢?理論上講,氮化鎵外延層比較好當(dāng)然用本身氮化鎵的單晶襯底,不過在之前的文章中也有提到,氮化鎵的單晶實(shí)在是太難做了點(diǎn),不僅反應(yīng)過程難以控制、長得特別慢,而且面積較小、價(jià)格昂貴,商業(yè)化很是困難,而碳化硅和氮化鎵有著超過95%的晶格適配度,性能指標(biāo)遠(yuǎn)超其他襯底材料(如藍(lán)寶石、硅、砷化鎵等),因此碳化硅基氮化鎵外延片成為比較好選擇。綜上所述,很容易理解為何碳化硅在業(yè)內(nèi)會(huì)有“黃金賽道”這樣的美稱。對(duì)于碳化硅器件而言,其價(jià)值鏈可分為襯底—外延—晶圓—器件,其中襯底所占的成本比較高為50%——主要原因單晶生長緩慢且品質(zhì)不夠穩(wěn)定,這也是早年時(shí)SiC沒能得到的推廣的主要原因。不過如今隨著技術(shù)缺陷不斷得到補(bǔ)足,碳化硅單晶襯底的成本正不斷下降,可預(yù)期未來會(huì)是“錢”景無限。以下是國內(nèi)部分碳化硅襯底供應(yīng)商名單。 p-SiC電子遷移率比較高,飽和電子漂移速度**快,擊穿電場(chǎng)**強(qiáng),較適宜于制造高溫、大功率、高頻器件等。廣州進(jìn)口6寸n型碳化硅襯底
經(jīng)過數(shù)十年不懈的努力,目前,全球只有少數(shù)的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)研發(fā)出了碳化硅晶體生長和加工技術(shù)。在產(chǎn)業(yè)化方面,只有以美國Cree為**的少數(shù)幾家能夠提供碳化硅晶片,國內(nèi)的碳化硅晶片的需求全賴于進(jìn)口。目前,全球市場(chǎng)上碳化硅晶片價(jià)格昂貴,一片2英寸碳化硅晶片的國際市場(chǎng)價(jià)格高達(dá)500美元(2006年),但仍供不應(yīng)求,高昂的原材料成本占碳化硅半導(dǎo)體器件價(jià)格的百分之四十以上,碳化硅晶片價(jià)格已成為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。因而,采用技術(shù)的碳化硅晶體生長技術(shù),實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),降低碳化硅晶片生產(chǎn)成本,將促進(jìn)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,拓展市場(chǎng)需求。成都進(jìn)口4寸導(dǎo)電碳化硅襯底碳化硅被譽(yù)為下一代半導(dǎo)體材料,其具有眾多優(yōu)異的物理化學(xué)特性應(yīng)用于光電器件、高頻大功率、高溫電子器件。
功率半導(dǎo)體多被用于轉(zhuǎn)換器及逆變器等電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電力控制。目前,功率半導(dǎo)體材料正迎來材料更新?lián)Q代,這些新材料就是SiC(碳化硅)和GaN(氮化鎵),二者的物理特性均優(yōu)于現(xiàn)在使用的Si(硅),作為節(jié)能***受到了電力公司、汽車廠商和電子廠商等的極大期待。將Si換成GaN或SiC等化合物半導(dǎo)體,可大幅提高產(chǎn)品效率并縮小尺寸,這是Si功率半導(dǎo)體元件(以下簡稱功率元件)無法實(shí)現(xiàn)的。目前,很多領(lǐng)域都將Si二極管、MOSFET及IGBT(絕緣柵雙極晶體管)等晶體管用作功率元件,比如供電系統(tǒng)、電力機(jī)車、混合動(dòng)力汽車、工廠內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備、光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)器、空調(diào)等白色家電、服務(wù)器及個(gè)人電腦等。這些領(lǐng)域利用的功率元件的材料也許不久就將被GaN和SiC所替代。
碳化硅(SiC)半導(dǎo)體器件在航空、航天探測(cè)、核能開發(fā)、衛(wèi)星、石油和地?zé)徙@井勘探、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫(350~500oC)和抗輻射領(lǐng)域具有重要應(yīng)用; 高頻、高功率的碳化硅(SiC)器件在雷達(dá)、通信和廣播電視領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景;(目前航天和下屬的四家院所已有兩家開始使用,訂貨1億/年,另兩家還在進(jìn)行測(cè)試,在航天宇航碳化硅器件是不可取代的,可以抵御太空中強(qiáng)大的射線輻射及巨大的差,在核戰(zhàn)或強(qiáng)電磁干擾作用的時(shí)候,碳化硅電子器件的耐受能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于硅基器件,雷達(dá)、通信方面有重要作用SiC由Si原子和C原子組成,其晶體結(jié)構(gòu)具有同質(zhì)多型體的特點(diǎn)。
不同的SiC多型體在半導(dǎo)體特性方面表現(xiàn)出各自的特性。利用SiC的這一特點(diǎn)可以制作SiC不同多型體間晶格完全匹配的異質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)和超晶格,從而獲得性能較好的器件.其中6H-SiC結(jié)構(gòu)**為穩(wěn)定,適用于制造光電子器件:p-SiC比6H-SiC活潑,其電子遷移率比較高,飽和電子漂移速度**快,擊穿電場(chǎng)**強(qiáng),較適宜于制造高溫、大功率、高頻器件,及其它薄膜材料(如A1N、GaN、金剛石等)的襯底和X射線的掩膜等。而且,β-SiC薄膜能在同屬立方晶系的Si襯底上生長,而Si襯底由于其面積大、質(zhì)量高、價(jià)格低,可與Si的平面工藝相兼容,所以后續(xù)PECVD制備的SiC薄膜主要是β-SiC薄膜[2]。與Si相比,SiC的禁帶寬度為其2-3倍,同時(shí)具有其4.4倍的熱導(dǎo)率,8倍的臨界擊穿電場(chǎng)。進(jìn)口半絕緣碳化硅襯底4寸
碳化硅已成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前沿和制高點(diǎn)。廣州進(jìn)口6寸n型碳化硅襯底
降低碳化硅襯底的成本的三個(gè)方法:1)做大尺寸:襯底的尺寸越大,邊緣的浪費(fèi)就越小,有利于進(jìn)一步降低芯片的成本。6英寸襯底面積為4英寸襯底的,相同的晶體制備時(shí)間內(nèi)襯底面積的倍數(shù)提升帶來襯底成本的大幅降低,與此同時(shí),單片襯底上制備的芯片數(shù)量隨著襯底尺寸增大而增多,單位芯片的成本也即隨之降低。2)提高材料使用效率:由于技術(shù)限制,長晶時(shí)間很難縮短,而單位時(shí)間內(nèi)長晶越厚成本越低,因此可以設(shè)法增加晶錠厚度;另一方面,目前的切割工藝很容易造成浪費(fèi),可以通過激光切割或其他技術(shù)手段減少切割損耗。3)提高良率:以山東天岳為例,碳化硅襯底產(chǎn)品良率逐年提升,綜合良率由30%提升至38%,國內(nèi)廠商良率情況普遍在40%左右,若能提升至60%-70%,碳化硅襯底生產(chǎn)成本將得到進(jìn)一步下降。 廣州進(jìn)口6寸n型碳化硅襯底
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