Введение
Технологические достижения в области силовой электроники растут благодаря пластинам из карбида кремния. Эти специализированные полупроводниковые материалы обладают уникальными свойствами, которые делают их лучшими вариантами для производства устройств, требующих высокой частоты и большой мощности. В этой статье будут рассмотрены пластины из карбида кремния, их характеристики и области применения.
Характеристики пластин карбида кремния
Пластина из карбида кремния (SiC) представляет собой тонкую пластину кристаллического материала, изготовленную из соединения полупроводник, карбид кремния. Эти два элемента в полупроводниковой пластине имеют атомы, связанные ковалентно, создавая жесткую структуру кристаллической решетки, известную своей высокой стабильностью. По своей сути, он обладает замечательной твердостью и способностью проводить тепло, сохраняя при этом хорошие уровни производительности в устройствах.
Пластины SiC обладают широкой запрещенной зоной (приблизительно 3,3 эВ), что позволяет любым устройствам, в которые они помещены, демонстрировать наилучшие результаты при высоких температурах и напряжениях.
Пластины карбида кремния могут быть в нескольких формах, основными из которых являются форматы 4H-SiC и 6H-SiC, используемые в различных секторах, особенно в промышленности силовой электроники. Структура кристаллической решетки пластины представлена буквой H, а последовательность укладки атомов в кристаллической структуре представлена числами 4 и 6.
Эти полупроводниковые пластины или подложки, как их иногда называют, отлично передают тепло из одной точки в другую, противостоят окислению, повышают эффективность, а также превосходят кремниевые пластины. Они обладают большой электропроводностью; поэтому их используют в различных областях применения: от электромобилей (EV) до компьютерных чипов, аэрокосмической отрасли, лазеров, светодиодов, оптических приемников, диодов Шоттки, транзисторов MOSFET, солнечных элементов и интегральных схем.
Устройства на основе пластин SiC со стандартным диаметром от 150 мм до 200 мм и гладкой плоской поверхностью, как правило, обладают лучшей и более высокой скоростью переключения, меньшими размерами и впечатляющей устойчивостью к перегреву благодаря своей способности выдерживать высокие температуры и напряжения.
Легирование SiC-пластин
Для управления электрическими свойствами пластин карбида кремния со временем был принят процесс, называемый легированием. Это введение примесей в пластины SiC с помощью различных методов, таких как ионная имплантация и неподвижное легирование во время эпитаксиального роста. Все эти различные методы со временем были надлежащим образом улучшены, что привело к контролируемой активации и концентрации легирования. Некоторые из этих легирующих примесей включают богатый электронами азот (n-типа) и бор, который контролирует проводимость p-типа.
Типы пластин SiC
Существует два основных типа пластин SiC:
-
Полированная пластина SiC
-
Эпитаксиальная кристаллическая пластина SiC
Полированная пластина SiC представляет собой один диск из карбида кремния, содержащий высокоочищенные кристаллы SiC, используемые в основном в электронике высокой мощности. Они доступны в диаметрах от 100 мм до 150 мм.
С другой стороны, тип эпитаксиальной кристаллической пластины SiC, также называемый эпитаксией n-типа, формируется путем добавления нескольких кристаллов карбида кремния к поверхности. Здесь толщина материала тщательно контролируется.
Свойства пластин карбида кремния
Вот некоторые уникальные качества, которые делают SiC-пластины выдающимися:
1. Эффективное использование энергии.
2. Долговечность и способность работать на высоких частотах.
3. Возможность работы при температуре до 200°С.
4. Низкие потери при переключении.
5. Высокая теплопроводность
6. Меньшее тепловое расширение.
7. Сильная подвижность электронов и дырок.
8. Высокое пробивное электрическое поле.
9. Впечатляющая термостойкость.
10. Отличная устойчивость к окислению и суровым условиям.
Сравнение пластин карбида кремния высшего и исследовательского класса
Когда дело доходит до пластин карбида кремния, обычно есть два разных сорта, из которых вы можете выбрать: пластины Sic класса Prime и Research Grade. Однако оба сорта имеют свои плюсы и минусы. Такие факторы, как стоимость приобретения, его применение и дефекты плотности, могут быть жизненно важными для рассмотрения, когда вы хотите сделать свой выбор.
Пластины из карбида кремния высшего качества
Вы можете использовать этот тип пластин для высокопроизводительных приложений, которые требуют очень высокого уровня производительности и надежности. Этот высококачественный карбид кремния имеет высокий уровень чистоты и очень низкий уровень плотности дефектов, что делает его хорошим выбором для вас. Это качество позволяет им работать очень хорошо в любых условиях, давая вам мало или вообще не давая ошибок.
Пластины SiC высшего качества очень полезны в аэрокосмической отрасли, высокопроизводительных вычислениях, технологии компьютерных чипов, преобразователях энергии и силовой электронике. Причина этого в том, что в этих секторах нет места для сбоев, что делает эту пластину более дорогой по сравнению с другими вариантами исследовательского класса.
Характеристики - Пластины SiC высшего качества:
1. Пластины SiC высшего качества обычно имеют полезную площадь приблизительно 90%.
2. Они также имеют очень низкую плотность дефектов.
3. Плотность микротрубок в этих пластинах составляет 5/см².
4. Они демонстрируют равномерное удельное сопротивление около 901Тл3Тл.
5. Пластины SiC высшего качества имеют наилучшие показатели по общей толщине, короблению и изгибу, что делает их эффективными и стабильными полупроводниками.
Пластины из карбида кремния исследовательского класса
Этот тип пластин обеспечивает баланс между качеством и стоимостью. Если вы хотите разрабатывать, создавать новые идеи и инновации или, возможно, хотите экспериментировать с полупроводниковыми проектами, то исследовательские пластины SiC — ваш выбор. Эти пластины не обеспечивают такой же точности, как пластины SiC высшего качества, поскольку они имеют более высокую плотность дефектов и большую изменчивость.
Хотя эти пластины по-прежнему могут обеспечить вам разумное количество операций высокого стандарта, они специально созданы для обеспечения экономической эффективности и подходят для экспериментов и менее важных проектов, таких как академическая и исследовательская работа.
Характеристики - Пластины карбида кремния исследовательского класса:
1. Эти пластины имеют полезную площадь около 80%.
2. Они также имеют более высокую плотность дефектов и плотность микротрубок 10/см².
3. Их равномерное удельное сопротивление составляет около 801Тл3Тл.
5. Они имеют лучшую, но не оптимальную толщину, значения изгиба и деформации.
Вы ясно увидели, что когда дело доходит до выбора между пластинами SiC Prime или Research Grade, лучший вариант для вас зависит от того, для чего вы собираетесь их использовать. Например, если вы студент колледжа, который проводит исследования для нового полупроводника, то пластины SiC исследовательского класса могут быть для вас лучшим вариантом, но все будет иначе, если вы производитель, стремящийся выпускать высококлассные приложения, где есть минимальное пространство для ошибок.
Различные способы применения пластин SiC
Существует несколько областей, где можно применять пластины SiC, в том числе в силовых устройствах, таких как диоды Шоттки, транзисторы MOSFET. Вы также можете применять их в оптоэлектронике, компьютерных чипах, беспроводных инфраструктурах, а также в аэрокосмических и военных операциях, таких как системы спутниковой связи и радиолокационные системы, системы возобновляемой энергии, включающие инверторы солнечных систем, преобразователи ветряных турбин, гидроэлектростанции и т. д.
Текущие международные тенденции и рыночная стоимость Sic Wafers
Если внимательно посмотреть на текущую рыночную стоимость и мировые тенденции SiC-пластин, то можно увидеть, что применение SiC-пластин набирает обороты. С тех пор, как был изобретен 5G и он начал массово внедряться по всему миру, спрос на SiC-пластины резко возрос.
В 2021 году рыночная стоимость пластин SiC выросла примерно до $367,8 млн, и теперь ее текущий годовой темп роста (CAGR) составляет 19,1%. Несмотря на спад на 12,1% в 2020 году из-за глобальной пандемии COVID-19, аналитики рынка прогнозируют, что к 2029 году он превысит $1,4 млрд. Интересно, что Северная Америка стала ведущим поставщиком на рынке пластин карбида кремния, в то время как Shin-Etsu Chemical остается крупнейшим в мире поставщиком пластин SiC.
Однако, здесь, в GGSКерамикаМы предлагаем широкий ассортимент высококачественных и доступных по цене пластин SiC для удовлетворения ваших потребностей в полупроводниках.
Часто задаваемые вопросы
Почему в микросхемах используются полупроводники?
Полупроводники используются в микросхемах из-за их способности надлежащим образом контролировать поток электрических токов в системе, не нарушая при этом общие функции системы.
Чем отличаются кремниевые пластины от пластин карбида кремния?
Пластины из карбида кремния имеют ширину запрещенной зоны, которая в десять раз больше, чем у кремниевых пластин. Это означает, что они могут выдерживать более высокие температуры, напряжения, а также лучшую теплопроводность, чем кремниевые пластины.
Почему полупроводниковые пластины широко используются в электронике?
Полупроводниковые пластины обычно используются в электронике, поскольку они обладают присущей им способностью проводить поток электричества, а также эффективно его контролировать, что позволяет им легко служить в качестве системы управления потоком электрического тока между компонентами в электрическом устройстве. Это особое свойство также показывает, почему они все еще используются в производстве компьютерных чипов и интегральных схем.
Заключение
Продолжая обеспечивать высокую производительность при низкой стоимости, пластины из карбида кремния, несомненно, стали основным катализатором роста полупроводниковой промышленности во всем мире. От многочисленных применений в силовой электронике до аэрокосмической отрасли и нескольких других ошеломляющих инноваций, они, несомненно, бьют рекорды и вскоре устанавливают новые.