Invoering
De technologische vooruitgang in de vermogenselektronica neemt toe dankzij siliciumcarbidewafers. Deze gespecialiseerde halfgeleidermaterialen bieden unieke eigenschappen die ze tot de beste keuze maken voor de productie van apparaten die hoge frequenties en een hoog vermogen vereisen. Dit artikel gaat in op siliciumcarbidewafers, hun kenmerken en hun toepassingen.
Kenmerken van siliciumcarbidewafers
Een siliciumcarbide (SiC)-wafer is een dun stukje kristallijn materiaal dat wordt geproduceerd uit de verbinding halfgeleiderSiliciumcarbide. Deze twee elementen in de halfgeleiderwafer hebben covalente bindingen tussen hun atomen, waardoor een rigide kristalrooster ontstaat dat bekendstaat om zijn hoge stabiliteit. In de kern heeft het een opmerkelijke hardheid en het vermogen om warmte te geleiden, terwijl het tegelijkertijd goede prestaties levert in apparaten.
SiC-wafers hebben een grote bandgap (circa 3,3 eV), waardoor ongeacht het apparaat waarin ze worden geplaatst, optimale resultaten worden behaald bij hoge temperaturen en spanningen.
Siliciumcarbidewafers bestaan in verschillende vormen, waarvan de belangrijkste de 4H-SiC- en 6H-SiC-formaten zijn die in diverse sectoren worden gebruikt, met name in de vermogenselektronica-industrie. De structuur van het kristalrooster van de wafer wordt weergegeven met de letter H, terwijl de stapelvolgorde van de atomen binnen de kristalstructuur wordt weergegeven met de cijfers 4 en 6.
Deze halfgeleiderwafers, of substraten, zoals ze soms worden genoemd, zijn uitstekend in het overbrengen van warmte van het ene punt naar het andere, zijn oxidatiebestendig, verhogen de efficiëntie en maken ze superieur aan siliciumwafers. Ze hebben een uitstekende elektrische geleidbaarheid en worden daarom gebruikt in toepassingen variërend van elektrische voertuigen (EV's) tot computerchips, de lucht- en ruimtevaart, lasers, leds, optische ontvangers, Schottky-diodes, MOSFET-transistors, zonnecellen en geïntegreerde schakelingen.
Met een standaarddiameter tussen 150 mm en 200 mm en een strakke vlakheid, schakelen SiC-wafers doorgaans sneller en beter, zijn ze kleiner van formaat en zijn ze uitstekend bestand tegen oververhitting, omdat ze hoge temperaturen en spanningen aankunnen.
Doping SiC-wafers
Om de elektrische eigenschappen van siliciumcarbidewafers te beheersen, is in de loop der tijd een proces genaamd doping toegepast. Dit is de introductie van onzuiverheden in SiC-wafers door middel van verschillende technieken, zoals ionenimplantatie en immobiele doping tijdens epitaxiale groei. Deze verschillende technieken zijn in de loop der tijd allemaal verbeterd, wat heeft geleid tot gecontroleerde dopingactivering en -concentraties. Enkele van deze dopanten zijn de elektronenrijke stikstof (n-type) en boor, dat de p-type geleidbaarheid reguleert.
Soorten SiC-wafers
Er zijn twee belangrijke SiC-wafertypen:
-
Gepolijste SiC-wafer
-
Epitaxiale kristallijne SiC-wafer
De gepolijste SiC-wafer is een enkele siliciumcarbideschijf met zeer zuivere SiC-kristallen die vooral in hoogvermogenelektronica worden gebruikt. Ze zijn verkrijgbaar in diameters van 100 mm tot 150 mm.
Epitaxiale kristallijne SiC-wafers, ook wel n-type epitaxie genoemd, worden gevormd door de toevoeging van meerdere kristallen siliciumcarbide aan een oppervlak. Hierbij wordt de dikte van het materiaal nauwkeurig gecontroleerd.
Eigenschappen van siliciumcarbidewafers
Enkele van de unieke eigenschappen die SiC-wafers zo bijzonder maken, zijn:
1. Efficiënt gebruik van energie.
2. Levensduur en vermogen om op hoge frequenties te werken.
3. Kan werken bij temperaturen tot 200°C.
4. Lage schakelverliezen.
5. Hoge thermische geleidbaarheid
6. Lagere thermische uitzetting.
7. Sterke elektronen- en gatenmobiliteit.
8. Sterk doorslagveld.
9. Indrukwekkende thermische weerstand.
10. Uitstekende weerstand tegen oxidatie en zware omstandigheden.
Vergelijking tussen siliciumcarbidewafers van prime- en onderzoekskwaliteit
Als het om siliciumcarbidewafers gaat, zijn er doorgaans twee verschillende kwaliteiten waaruit u kunt kiezen: de Prime Grade en Research Grade Sic Wafers. Beide kwaliteiten hebben echter hun voor- en nadelen. Factoren zoals aanschafkosten, de toepassing en defecten in dichtheid kunnen van cruciaal belang zijn bij het maken van uw keuze.
Siliciumcarbidewafers van de hoogste kwaliteit
U kunt dit type wafers gebruiken voor high-end toepassingen die een zeer hoog prestatieniveau en betrouwbaarheid vereisen. Deze hoogwaardige siliciumcarbidewafers hebben een hoge zuiverheid en een zeer lage defectdichtheid, waardoor ze een goede keuze zijn. Deze kwaliteit zorgt ervoor dat ze onder alle omstandigheden zeer goed presteren, met weinig tot geen fouten.
SiC-wafers van topkwaliteit zijn zeer nuttig in de lucht- en ruimtevaart, high-end computing, computerchiptechnologie, energieconverters en vermogenselektronica. De reden hiervoor is dat er in deze sectoren geen ruimte is voor storingen, waardoor deze wafer duurder is dan andere varianten van onderzoekskwaliteit.
Kenmerken - SiC-wafers van topkwaliteit:
1. SiC-wafers van de beste kwaliteit hebben doorgaans een bruikbaar oppervlak van ongeveer 90%.
2. Ze hebben ook een zeer lage defectdichtheid.
3. Deze wafers hebben een micropipe-dichtheid van 5/cm².
4. Ze vertonen een uniforme soortelijke weerstand van ongeveer 90%.
5. SiC-wafers van de beste kwaliteit hebben de beste waarden qua totale dikte, kromming en buiging, waardoor ze efficiënte en stabiele halfgeleiders zijn.
Onderzoekskwaliteit siliciumcarbidewafers
Dit type wafer biedt u een balans tussen kwaliteit en kosten. Als u nieuwe ideeën en innovaties wilt ontwikkelen, of wilt experimenteren met halfgeleiderprojecten, dan zijn SiC-wafers van onderzoekskwaliteit de juiste keuze. Deze wafers bieden niet zoveel precisie als SiC-wafers van topkwaliteit, omdat ze een hogere defectdichtheid en meer variabiliteit hebben.
Hoewel deze wafers nog steeds een redelijke hoeveelheid hoogwaardige bewerkingen kunnen bieden, zijn ze specifiek ontworpen om kosteneffectief te zijn en geschikt voor experimenten en minder kritische projecten, zoals academisch werk en onderzoekswerk.
Kenmerken - Onderzoekskwaliteit siliciumcarbidewafers:
1. Deze wafers hebben een bruikbaar oppervlak van ongeveer 80%.
2. Ze hebben ook een hogere defectdichtheid en een micropijpdichtheid van 10/cm²
3. Hun uniforme soortelijke weerstand is ongeveer 80%.
5. Ze hebben een betere, maar niet optimale dikte, buigwaarden en kromming.
U heeft duidelijk gezien dat de keuze tussen prime- of research grade SiC-wafers afhangt van het beoogde gebruik. Als u bijvoorbeeld een student bent die onderzoek doet naar een nieuwe halfgeleider, dan zijn research grade SiC-wafers wellicht de beste optie voor u. Maar voor een fabrikant die high-end toepassingen wil produceren met minimale foutmarge, ligt dat anders.
De verschillende manieren waarop SiC-wafers kunnen worden toegepast
Er zijn verschillende toepassingen voor SiC-wafers, zoals in vermogenscomponenten zoals Schottky-diodes en MOSFET-transistoren. Ze kunnen ook worden toegepast in opto-elektronica, computerchips, draadloze infrastructuren, lucht- en ruimtevaart en militaire operaties, zoals satellietcommunicatiesystemen en radarsystemen, hernieuwbare energiesystemen zoals omvormers voor zonne-energiesystemen, windturbineconverters, waterkrachtcentrales, enzovoort.
Huidige internationale trend en marktwaarde van Sic Wafers
Als je de huidige marktwaarde en wereldwijde trends van SiC-wafers goed bekijkt, zie je dat SiC-wafertoepassingen een enorme vlucht nemen. Sinds de uitvinding van 5G en de wereldwijde massale toepassing ervan, is de vraag naar SiC-wafers enorm gestegen.
In 2021 steeg de marktwaarde van SiC-wafers tot circa $367,8 miljoen, en heeft nu een jaarlijkse groei (CAGR) van 19,1%. Ondanks een daling van 12,1% in 2020 als gevolg van de wereldwijde COVID-19-pandemie, voorspellen marktanalisten dat de marktwaarde in 2029 de $1,4 miljard zal overschrijden. Interessant is dat Noord-Amerika een belangrijke bijdrage levert aan de markt voor siliciumcarbidewafers, terwijl Shin-Etsu Chemical 's werelds grootste leverancier van SiC-wafers blijft.
Echter, hier bij GGSCeramicsbieden wij een geweldige mix van hoogwaardige en betaalbare SiC-wafers om aan uw halfgeleiderbehoeften te voldoen.
Veelgestelde vragen
Waarom worden halfgeleiders gebruikt in chips?
Halfgeleiders worden in chips gebruikt omdat ze de elektrische stroom in een systeem goed kunnen regelen, zonder dat dit de algemene functies van het systeem verstoort.
Wat onderscheidt siliciumwafers van siliciumcarbidewafers?
Siliciumcarbidewafers hebben een bandgap die tien keer zo groot is als die van siliciumwafers. Dit betekent dat ze hogere temperaturen, spanningen en een betere thermische geleidbaarheid aankunnen dan siliciumwafers.
Waarom worden halfgeleiderwafers vaak gebruikt in de elektronica?
Halfgeleiderwafers worden veel gebruikt in de elektronica omdat ze de inherente eigenschap hebben om elektriciteit te geleiden en effectief te regelen. Hierdoor kunnen ze gemakkelijk dienen als regelsysteem voor de elektrische stroom tussen componenten in een elektrisch apparaat. Deze bijzondere eigenschap verklaart ook waarom ze nog steeds worden gebruikt bij de productie van computerchips en geïntegreerde schakelingen.
Conclusie
Hoewel siliciumcarbidewafers nog steeds hoge prestaties leveren tegen lage kosten, zijn ze onmiskenbaar een belangrijke katalysator geworden voor de groei van de halfgeleiderindustrie wereldwijd. Van de talloze toepassingen in vermogenselektronica tot de lucht- en ruimtevaart en diverse andere verbluffende innovaties, ze zullen ongetwijfeld records breken en binnenkort nieuwe vestigen.