소개
탄화규소 웨이퍼 덕분에 전력 전자 산업의 기술 발전이 가속화되고 있습니다. 이 특수 반도체 소재는 고유한 특성을 제공하여 고주파 및 고출력을 요구하는 장치 생산에 최적의 선택입니다. 본 글에서는 탄화규소 웨이퍼의 특징과 응용 분야에 대해 살펴보겠습니다.
실리콘 카바이드 웨이퍼의 특성
실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼는 화합물로부터 생성된 얇은 결정질 재료 조각입니다. 반도체, 탄화규소. 반도체 웨이퍼에서 이 두 원소는 원자들이 공유 결합으로 결합되어 매우 안정적인 것으로 알려진 단단한 결정 격자 구조를 형성합니다. 탄화규소의 핵심은 뛰어난 경도와 열전도성을 갖추고 있으며, 동시에 소자의 성능 수준을 양호하게 유지합니다.
SiC 웨이퍼는 넓은 밴드갭(약 3.3eV)을 가지고 있어 이를 탑재한 장치가 고온과 고압에서 최상의 결과를 낼 수 있습니다.
실리콘 카바이드 웨이퍼는 여러 형태로 존재하며, 주요 형태는 다양한 분야, 특히 전력 전자 산업에서 사용되는 4H-SiC와 6H-SiC입니다. 웨이퍼의 결정 격자 구조는 문자 H로 표시되며, 결정 구조 내 원자의 적층 순서는 숫자 4와 6으로 표시됩니다.
이러한 반도체 웨이퍼 또는 기판(substrate)은 열을 한 지점에서 다른 지점으로 전달하는 데 탁월하고, 산화에 강하며, 효율을 높이고, 실리콘 웨이퍼보다 우수합니다. 뛰어난 전기 전도성을 자랑하기 때문에 전기 자동차(EV)부터 컴퓨터 칩, 항공우주, 레이저, LED, 광 수신기, 쇼트키 다이오드, MOSFET 트랜지스터, 태양 전지, 집적 회로 등 다양한 분야에 사용됩니다.
150mm에서 200mm 사이의 표준 직경과 매끄러운 평탄도를 갖춘 SiC 웨이퍼 장치는 높은 온도와 전압을 관리할 수 있는 능력으로 인해 더 빠르고 더 나은 스위칭 속도, 더 작은 크기, 과열에 대한 인상적인 내성을 갖는 경향이 있습니다.
SiC 웨이퍼 도핑
실리콘 카바이드 웨이퍼의 전기적 특성을 제어하기 위해 도핑이라는 공정이 오랜 시간 동안 적용되어 왔습니다. 도핑은 이온 주입 및 에피택셜 성장 중 고정 도핑과 같은 다양한 기술을 통해 SiC 웨이퍼에 불순물을 주입하는 것입니다. 이러한 다양한 기술은 시간이 지남에 따라 적절히 개선되어 도핑 활성화 및 농도를 제어할 수 있게 되었습니다. 이러한 도펀트에는 전자가 풍부한 질소(n형)와 p형 전도도를 제어하는 붕소가 포함됩니다.
SiC 웨이퍼의 종류
SiC 웨이퍼에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.
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연마된 SiC 웨이퍼
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에피택셜 결정질 SiC 웨이퍼
연마된 SiC 웨이퍼는 고순도 SiC 결정으로 구성된 단일 탄화규소 디스크로, 주로 고전력 전자제품에 사용됩니다. 100mm에서 150mm까지의 직경 크기로 제공됩니다.
반면, 에피택셜 결정질 SiC 웨이퍼 유형(n형 에피택시라고도 함)은 표면에 여러 개의 탄화규소 결정을 첨가하여 형성됩니다. 이 경우 재료의 두께는 신중하게 제어됩니다.
실리콘 카바이드 웨이퍼의 특성
SiC 웨이퍼를 탁월하게 만드는 고유한 특성은 다음과 같습니다.
1. 에너지의 효율적인 활용
2. 장수명이며 고주파에서 작동할 수 있는 능력.
3. 최대 200°C의 온도에서 작동 가능.
4. 낮은 스위칭 손실.
5. 높은 열전도도
6. 열팽창이 낮아집니다.
7. 강한 전자와 정공 이동성.
8. 높은 파괴 전계.
9. 뛰어난 내열성.
10. 산화 및 혹독한 환경에 대한 뛰어난 저항성.
Prime 및 Research Grade 실리콘 카바이드 웨이퍼 비교
실리콘 카바이드 웨이퍼는 일반적으로 Prime Grade와 Research Grade의 두 가지 등급 중에서 선택할 수 있습니다. 하지만 두 등급 모두 장단점이 있습니다. 구매 비용, 적용 분야, 그리고 밀도 결함과 같은 요소들을 고려하여 웨이퍼를 선택하는 것이 중요합니다.
최상급 실리콘 카바이드 웨이퍼
이 유형의 웨이퍼는 매우 높은 수준의 성능과 신뢰성을 요구하는 고급 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 이 고급 실리콘 카바이드 웨이퍼는 순도가 높고 결함 밀도가 매우 낮아 고려해볼 만한 좋은 선택입니다. 이러한 품질 덕분에 어떤 조건에서도 매우 우수한 성능을 발휘하며 오류가 거의 없거나 전혀 없습니다.
프라임 등급 SiC 웨이퍼는 항공우주, 하이엔드 컴퓨팅, 컴퓨터 칩 기술, 에너지 전력 변환기, 그리고 전력 전자 분야에서 매우 유용합니다. 이러한 분야는 고장이 발생할 여지가 거의 없기 때문에 다른 연구용 등급 웨이퍼보다 가격이 더 비쌉니다.
특성 - Prime Grade SiC 웨이퍼:
1. 최상급 SiC 웨이퍼는 일반적으로 약 90%의 사용 가능 면적을 갖습니다.
2. 또한 결함 밀도가 매우 낮습니다.
3. 이 웨이퍼는 5/cm²의 마이크로파이프 밀도를 가지고 있습니다.
4. 이들은 약 90%의 균일한 저항률을 나타낸다.
5. 최상급 SiC 웨이퍼는 전반적인 두께, 휘어짐, 휘어짐 측면에서 가장 우수한 값을 가지므로 효율적이고 안정적인 반도체가 됩니다.
연구용 실리콘 카바이드 웨이퍼
이 유형의 웨이퍼는 품질과 비용의 균형을 제공합니다. 새로운 아이디어와 혁신을 개발하고, 창출하고, 반도체 프로젝트를 실험하고 싶다면 연구용 SiC 웨이퍼가 최적의 선택입니다. 이 웨이퍼는 결함 밀도가 높고 변동성이 크기 때문에 일반 SiC 웨이퍼만큼 정밀하지는 않습니다.
이러한 웨이퍼는 여전히 상당한 수준의 고품질 작업을 제공할 수 있지만, 이 웨이퍼는 특별히 비용 효율적이며 실험과 학업 및 연구 작업과 같은 덜 중요한 프로젝트에 적합하도록 제작되었습니다.
특성 - 연구용 실리콘 카바이드 웨이퍼:
1. 이 웨이퍼의 사용 가능 면적은 약 80%입니다.
2. 또한 결함 밀도가 더 높고 마이크로파이프 밀도는 10/cm²입니다.
3. 균일한 저항률은 약 80%입니다.
5. 두께, 휘어짐 값, 뒤틀림은 더 좋지만 최적은 아닙니다.
Prime 또는 Research Grade SiC 웨이퍼를 선택할 때, 가장 적합한 옵션은 사용 목적에 따라 달라진다는 것을 이미 잘 알고 계실 것입니다. 예를 들어, 새로운 반도체를 연구하는 대학생이라면 Research Grade SiC 웨이퍼가 최선의 선택이 될 수 있지만, 오류 발생 가능성이 최소화된 고급 애플리케이션을 생산하려는 제조업체라면 상황이 달라질 것입니다.
SiC 웨이퍼를 적용할 수 있는 다양한 방법
SiC 웨이퍼를 적용할 수 있는 분야는 여러 가지가 있으며, 쇼트키 다이오드, MOSFET 트랜지스터와 같은 전력 소자가 여기에 포함됩니다. 또한 광전자, 컴퓨터 칩, 무선 인프라, 그리고 위성 통신 시스템 및 레이더 시스템과 같은 항공우주 및 군사 작전, 태양광 인버터, 풍력 터빈 컨버터, 수력 발전 프로젝트 등을 포함한 재생 에너지 시스템에도 적용할 수 있습니다.
Sic 웨이퍼의 현재 국제 동향 및 시장 가치
SiC 웨이퍼의 현재 시장 가치와 글로벌 동향을 면밀히 살펴보면 SiC 웨이퍼 응용 분야가 크게 확대되고 있음을 알 수 있습니다. 5G가 발명되고 전 세계적으로 대규모로 도입되기 시작한 이후, SiC 웨이퍼 수요는 급증했습니다.
2021년 SiC 웨이퍼 시장 규모는 약 1조 4,367억 6,780만 달러로 성장했으며, 현재 연평균 성장률(CAGR)은 19.11조 3,000억 달러입니다. 2020년 코로나19 팬데믹으로 인해 1조 2,110억 달러 감소했음에도 불구하고, 시장 분석가들은 2029년까지 1조 4,000억 달러 규모를 넘어설 것으로 전망합니다. 흥미롭게도, 북미 지역이 실리콘 카바이드 웨이퍼 시장의 주요 지역으로 부상한 반면, 신에츠 케미칼은 여전히 세계 최대 SiC 웨이퍼 공급업체입니다.
그러나 여기에서는 GGSCeramics저희는 귀사의 반도체 요구 사항을 충족시키기 위해 최고 품질과 저렴한 SiC 웨이퍼를 적절히 조합하여 제공합니다.
자주 묻는 질문
칩에 반도체를 사용하는 이유는 무엇입니까?
반도체는 일반적인 시스템 기능을 반드시 방해하지 않고 시스템 내의 전류 흐름을 적절히 제어할 수 있는 능력 때문에 칩에 사용됩니다.
실리콘 웨이퍼와 실리콘 카바이드 웨이퍼의 차이점은 무엇입니까?
실리콘 카바이드 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼보다 10배 높은 밴드갭을 가지고 있습니다. 즉, 실리콘 웨이퍼보다 더 높은 온도, 전압, 그리고 더 나은 열전도도를 견딜 수 있습니다.
반도체 웨이퍼가 전자공학에 일반적으로 사용되는 이유는 무엇입니까?
반도체 웨이퍼는 전기 흐름을 효율적으로 제어하고 전도할 수 있는 고유한 능력을 갖추고 있어 전자 기기에서 널리 사용됩니다. 이러한 특성 덕분에 반도체 웨이퍼는 전자 장치 내 부품 간 전류 흐름을 제어하는 제어 시스템으로 활용될 수 있습니다. 이러한 특별한 특성은 반도체 웨이퍼가 컴퓨터 칩과 집적 회로 생산에 여전히 사용되고 있는 이유이기도 합니다.
결론
실리콘 카바이드 웨이퍼는 저비용으로 고성능을 꾸준히 생산하면서도 전 세계 반도체 산업 성장의 주요 촉매제로 자리매김했습니다. 전력 전자 분야부터 항공우주 분야, 그리고 그 외 여러 가지 놀라운 혁신에 이르기까지, 실리콘 카바이드 웨이퍼는 분명 새로운 기록을 세우고 있으며, 곧 새로운 기록을 세울 것입니다.