Giới thiệu
Những tiến bộ công nghệ trong ngành điện tử công suất đang ngày càng gia tăng nhờ vào wafer silicon carbide. Những vật liệu bán dẫn chuyên dụng này sở hữu những đặc tính độc đáo, trở thành lựa chọn tốt nhất cho việc sản xuất các thiết bị đòi hỏi tần số cao và công suất lớn. Bài viết này sẽ tìm hiểu về wafer silicon carbide, đặc điểm và ứng dụng của chúng.
Đặc điểm của tấm wafer silicon carbide
Tấm wafer Silicon Carbide (SiC) là một mảnh vật liệu tinh thể mỏng được sản xuất từ hợp chất chất bán dẫnSilicon Carbide. Hai nguyên tố này trong wafer bán dẫn có các nguyên tử liên kết với nhau theo phương thức cộng hóa trị, tạo nên cấu trúc mạng tinh thể cứng chắc, được biết đến với độ ổn định cao. Lõi của nó có độ cứng đáng kể và khả năng dẫn nhiệt tốt, đồng thời duy trì hiệu suất tốt trong các thiết bị.
Tấm wafer SiC có khoảng cách dải rộng (khoảng 3,3 eV) cho phép bất kỳ thiết bị nào đặt chúng vào đều có thể tạo ra kết quả tốt nhất ở nhiệt độ và điện áp cao.
Tấm wafer Silicon Carbide có thể có nhiều dạng, chủ yếu là dạng 4H-SiC và 6H-SiC được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là ngành công nghiệp điện tử công suất. Cấu trúc mạng tinh thể của tấm wafer được biểu thị bằng chữ H, trong khi trình tự xếp chồng của các nguyên tử trong cấu trúc tinh thể được biểu thị bằng số 4 và 6.
Những tấm wafer bán dẫn này, đôi khi được gọi là tấm nền, có khả năng truyền nhiệt tuyệt vời từ điểm này sang điểm khác, chống oxy hóa, tăng hiệu suất và cũng vượt trội hơn so với wafer silicon. Chúng có độ dẫn điện tuyệt vời; do đó, chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ xe điện (EV) đến chip máy tính, hàng không vũ trụ, laser, đèn LED, bộ thu quang, điốt Schottky, bóng bán dẫn MOSFET, pin mặt trời và mạch tích hợp.
Với đường kính tiêu chuẩn từ 150mm đến 200mm và độ phẳng mịn, các thiết bị wafer SiC có xu hướng có tốc độ chuyển mạch tốt hơn và nhanh hơn, kích thước nhỏ hơn và khả năng chống quá nhiệt ấn tượng nhờ khả năng quản lý nhiệt độ và điện áp cao.
Pha tạp các tấm wafer SiC
Để kiểm soát các tính chất điện của tấm wafer silicon carbide, một quy trình gọi là pha tạp (doping) đã được áp dụng theo thời gian. Đây là việc đưa tạp chất vào tấm wafer SiC thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau, chẳng hạn như cấy ion và pha tạp cố định trong quá trình phát triển epitaxial. Theo thời gian, các kỹ thuật này đã được cải tiến đáng kể, dẫn đến việc kích hoạt và nồng độ pha tạp được kiểm soát. Một số chất pha tạp này bao gồm Nitơ giàu electron (loại n) và Bo, giúp kiểm soát độ dẫn điện loại p.
Các loại wafer SiC
Có hai loại wafer SiC chính:
-
Tấm wafer SiC được đánh bóng
-
Tấm wafer SiC tinh thể epitaxy
Tấm wafer SiC đánh bóng là một đĩa Silicon Carbide đơn bao gồm các tinh thể SiC tinh khiết cao, chủ yếu được sử dụng trong điện tử công suất cao. Chúng có sẵn với các kích thước đường kính từ 100 mm đến 150 mm.
Mặt khác, loại wafer SiC tinh thể epitaxy, còn được gọi là epitaxy loại n, được hình thành bằng cách thêm một số tinh thể silicon carbide vào bề mặt. Ở đây, độ dày của vật liệu được kiểm soát cẩn thận.
Tính chất của tấm wafer silicon carbide
Một số đặc tính độc đáo khiến SiC Wafers trở nên nổi bật là:
1. Sử dụng năng lượng hiệu quả.
2. Độ bền và khả năng hoạt động ở tần số cao.
3. Khả năng hoạt động ở nhiệt độ lên tới 200°C.
4. Tổn thất chuyển mạch thấp.
5. Độ dẫn nhiệt cao
6. Giảm sự giãn nở vì nhiệt.
7. Độ linh động của electron và lỗ trống mạnh.
8. Điện trường đánh thủng cao.
9. Khả năng chịu nhiệt ấn tượng.
10. Khả năng chống oxy hóa và điều kiện khắc nghiệt tuyệt vời.
So sánh giữa wafer silicon carbide cấp Prime và cấp nghiên cứu
Khi nói đến wafer Silicon Carbide, thường có hai loại wafer khác nhau mà bạn có thể lựa chọn: wafer SIC loại Prime và wafer SIC loại Research. Tuy nhiên, cả hai loại wafer đều có ưu và nhược điểm riêng. Các yếu tố như chi phí mua, ứng dụng và mật độ khuyết tật có thể là những yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi bạn đưa ra lựa chọn.
Tấm wafer silicon carbide loại tốt nhất
Bạn có thể sử dụng loại wafer này cho các ứng dụng cao cấp đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy rất cao. Loại wafer Silicon Carbide cao cấp này có độ tinh khiết cao và mật độ khuyết tật rất thấp, khiến nó trở thành một lựa chọn đáng cân nhắc. Chính chất lượng này cho phép chúng hoạt động rất tốt trong mọi điều kiện, ít hoặc không xảy ra lỗi.
Tấm wafer SiC chất lượng cao rất hữu ích trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, điện toán cao cấp, công nghệ chip máy tính, bộ chuyển đổi năng lượng và điện tử công suất. Lý do là vì các lĩnh vực này không có chỗ cho sự cố, điều này khiến loại wafer này đắt hơn khi so sánh với các loại wafer chất lượng nghiên cứu khác.
Đặc điểm - Tấm wafer SiC loại cao cấp:
1. Các tấm wafer SiC loại tốt thường có diện tích sử dụng khoảng 90%.
2. Chúng cũng có mật độ khuyết tật rất thấp.
3. Những tấm wafer này có mật độ ống vi mô là 5/cm².
4. Chúng có điện trở suất đồng đều khoảng 90%.
5. Tấm wafer SiC loại Prime có giá trị tốt nhất về độ dày tổng thể, độ cong vênh và độ cong vênh, khiến chúng trở thành chất bán dẫn hiệu quả và ổn định.
Tấm wafer silicon carbide cấp nghiên cứu
Loại wafer này mang lại sự cân bằng giữa chất lượng và chi phí. Nếu bạn đang muốn phát triển, tạo ra những ý tưởng và cải tiến mới, hoặc muốn thử nghiệm các dự án bán dẫn, thì wafer SiC cấp nghiên cứu là lựa chọn dành cho bạn. Những wafer này không cung cấp độ chính xác cao bằng wafer SiC cấp cao vì chúng có mật độ khuyết tật cao hơn và độ biến thiên lớn hơn.
Mặc dù loại wafer này vẫn có thể cung cấp cho bạn một lượng hoạt động tiêu chuẩn cao hợp lý, nhưng chúng được thiết kế đặc biệt để tiết kiệm chi phí và phù hợp cho các dự án thử nghiệm và ít quan trọng hơn như công việc học thuật và nghiên cứu.
Đặc điểm - Tấm wafer silicon carbide cấp nghiên cứu:
1. Những tấm wafer này có diện tích sử dụng khoảng 80%.
2. Chúng cũng có mật độ khuyết tật cao hơn và mật độ ống vi mô là 10/cm²
3. Điện trở suất đồng đều của chúng là khoảng 80%.
5. Chúng có độ dày, giá trị độ cong và độ cong vênh tốt hơn nhưng không tối ưu.
Bạn đã thấy rõ rằng khi lựa chọn wafer SiC loại Prime hay loại Research Grade, lựa chọn tốt nhất sẽ phụ thuộc vào mục đích sử dụng của bạn. Ví dụ, nếu bạn là sinh viên đại học đang nghiên cứu một loại chất bán dẫn mới, thì wafer SiC loại Research Grade có thể là lựa chọn tốt nhất, nhưng sẽ khác nếu bạn là nhà sản xuất muốn tạo ra các ứng dụng cao cấp, với khả năng sai sót tối thiểu.
Các cách khác nhau để áp dụng wafer SiC
Có nhiều lĩnh vực mà wafer SiC có thể ứng dụng, bao gồm các thiết bị điện như diode Schottky, transistor MOSFET. Chúng cũng có thể được ứng dụng trong quang điện tử, chip máy tính, cơ sở hạ tầng không dây, hàng không vũ trụ và quân sự, chẳng hạn như hệ thống thông tin vệ tinh và hệ thống radar, hệ thống năng lượng tái tạo bao gồm bộ biến tần hệ thống năng lượng mặt trời, bộ chuyển đổi tuabin gió, dự án thủy điện, v.v.
Xu hướng quốc tế hiện tại và giá trị thị trường của Sic Wafers
Nếu bạn xem xét kỹ lưỡng giá trị thị trường hiện tại và xu hướng toàn cầu của wafer SiC, bạn sẽ thấy các ứng dụng wafer SiC đang có những bước tiến đáng kể. Kể từ khi 5G được phát minh và bắt đầu được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, nhu cầu về wafer SiC đã tăng vọt.
Năm 2021, giá trị thị trường của wafer SiC đã tăng lên khoảng $367,8 triệu đô la Mỹ, và hiện có Tỷ lệ Tăng trưởng Hàng năm Hiện tại (CAGR) là 19,1%. Mặc dù đã giảm 12,1% vào năm 2020 do đại dịch COVID-19 toàn cầu, các nhà phân tích thị trường dự đoán con số này sẽ vượt quá $1,4 tỷ đô la Mỹ vào năm 2029. Điều thú vị là Bắc Mỹ đã trở thành nhà cung cấp wafer silicon carbide hàng đầu, trong khi Shin-Etsu Chemical vẫn là nhà cung cấp wafer SiC lớn nhất thế giới.
Tuy nhiên, ở đây tại GGSGốm sứ, chúng tôi cung cấp sự kết hợp tuyệt vời giữa các tấm wafer SiC chất lượng cao và giá cả phải chăng để đáp ứng nhu cầu bán dẫn của bạn.
Những câu hỏi thường gặp
Tại sao chất bán dẫn được sử dụng trong chip?
Chất bán dẫn được sử dụng trong chip vì chúng có khả năng kiểm soát dòng điện trong hệ thống một cách chính xác mà không nhất thiết làm gián đoạn các chức năng chung của hệ thống.
Sự khác biệt giữa tấm wafer silicon và tấm wafer silicon carbide là gì?
Tấm wafer silicon carbide có khoảng cách dải (bandgap) gấp mười lần so với wafer silicon. Điều này có nghĩa là chúng có thể chịu được nhiệt độ, điện áp cao hơn và độ dẫn nhiệt tốt hơn wafer silicon.
Tại sao tấm bán dẫn được sử dụng phổ biến trong điện tử?
Tấm wafer bán dẫn thường được sử dụng trong điện tử vì chúng có khả năng dẫn điện và kiểm soát dòng điện hiệu quả, nhờ đó dễ dàng trở thành hệ thống điều khiển dòng điện giữa các linh kiện trong thiết bị điện. Đặc tính đặc biệt này cũng lý giải tại sao chúng vẫn được sử dụng trong sản xuất chip máy tính và mạch tích hợp.
Phần kết luận
Mặc dù vẫn duy trì hiệu suất cao với chi phí thấp, wafer silicon carbide chắc chắn đã trở thành chất xúc tác quan trọng cho sự phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn trên toàn thế giới. Từ vô số ứng dụng trong điện tử công suất đến hàng không vũ trụ và nhiều cải tiến đột phá khác, wafer silicon carbide chắc chắn sẽ sớm phá vỡ các kỷ lục và thiết lập những kỷ lục mới.