Węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN), jako półprzewodniki szerokopasmowe nowej generacji (WBGS), rewolucjonizują rynek zastosowań tradycyjnych materiałów krzemowych. Posiadają one takie zalety, jak odporność na wysoką temperaturę, wysokie napięcie, wysoką częstotliwość oraz niskie straty energii, co czyni je szczególnie odpowiednimi do zastosowań wymagających wysokiej wydajności, takich jak pojazdy elektryczne, komunikacja 5G/6G, energia odnawialna i szybkie ładowanie. W porównaniu z krzemem, SiC i GaN zapewniają stabilną pracę w bardziej ekstremalnych warunkach, jednocześnie znacznie redukując straty energii, wprowadzając globalny przemysł półprzewodników w nową erę.
Spis treści
Zalety węglika krzemu i azotku galu
Chociaż węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN) są półprzewodnikami złożonymi, każdy z nich wykazuje niezastąpione zalety materiałowe w dziedzinie elektroniki o wysokiej wydajności.
Węglik krzemu (SiC)
- Wysokie napięcie przebicia: Może wytrzymać napięcia znacznie wyższe niż krzem, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wysokonapięciowych.
- Wysoka przewodność cieplna: Doskonała wydajność rozpraszania ciepła i możliwość stabilnej pracy w środowiskach o wysokiej temperaturze.
- Niska rezystancja przewodzenia: zmniejsza straty energii i poprawia wydajność systemu.
Azotek galu (GaN)
- Wysoka ruchliwość elektronów: duża prędkość przełączania, odpowiednia do zastosowań wymagających wysokiej częstotliwości.
- Charakterystyka wysokoczęstotliwościowa: obsługuje działanie na poziomie GHz, zmniejszając rozmiar komponentów i zwiększając wydajność konwersji.
- Niskie wymagania dotyczące rozpraszania ciepła: Zmniejszenie rozmiaru i kosztów układu chłodzenia.
Oba rozwiązania nie tylko przełamują ograniczenia tradycyjnych materiałów na bazie krzemu w zakresie mocy i częstotliwości, ale także kładą podwaliny pod zaawansowane systemy elektroniczne o wysokiej wydajności i niskim zużyciu energii.
Kluczowe aspekty wytwarzania azotku galu (GaN): proces HVPE i amonotermiczny
Technologia wzrostu podłoża dla azotku galu determinuje jego wydajność i koszt:
Epitaksja gazowa wodorkowa (HVPE)
- Wykorzystując wodór jako gaz nośny, chlorowodór (HCl) reaguje z galem (Ga), tworząc chlorek galu (GaCl), który następnie reaguje z amoniakiem (NH₃), tworząc kryształy GaN.
- Temperatura procesu wynosi około 1000°C, co pozwala na szybki wzrost dużych ilości GaN.
- Wady: Materiał ten jest podatny na pęknięcia i wady sieci krystalicznej, co skutkuje słabą jakością kryształu.
Proces amonotermiczny
- Wykorzystując nadkrytyczny amoniak jako rozpuszczalnik, uzyskuje się zarówno rozpuszczające właściwości cieczy, jak i dyfuzyjne właściwości gazu pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze.
- Kryształy GaN powstają w wyniku rozpuszczenia galu w amoniaku i jego osadzenia.
- Zalety: Niższa temperatura, niższe zużycie energii, niższa gęstość defektów, przydatność do zastosowań wysokiej jakości.
- Wady: Powolne tempo wzrostu i skomplikowany proces produkcyjny.
Kluczowe aspekty wytwarzania węglika krzemu: techniki sublimacji i wzrostu epitaksjalnego
Proces wytwarzania węglika krzemu (SiC) jest nie tylko czasochłonny, ale i bardzo wymagający, a każdy etap – od wzrostu podłoża do wytwarzania urządzenia zasilającego – jest obarczony trudnościami.
Produkcja podłoża: Metoda fizycznego transportu pary – sublimacja PVT
Obecnie jest to główna technologia produkcji podłoży z węglika krzemu, a jej kluczowe procesy i wyzwania przedstawiają się następująco:
- Zasada procesu: proszek SiC jest sublimowany w zamkniętym środowisku o wysokiej temperaturze (ok. 2200°C) i niskim ciśnieniu, tak aby jego para uległa skropleniu i przylegała do zarodków kryształów SiC po kontakcie, w wyniku czego powstają kryształy SiC.
- Wysoki poziom trudności i długi czas: W porównaniu z prętami z kryształu krzemu (Si), które mogą urosnąć do kilku metrów w ciągu zaledwie kilku dni, pręty z kryształu SiC potrzebują od 2 do 3 tygodni, aby urosnąć do mniej niż 10 centymetrów. Co więcej, jakości wzrostu kryształu nie można monitorować w czasie rzeczywistym w trakcie procesu i można ją potwierdzić dopiero na samym końcu.
- Dalsza obróbka: Po zakończeniu wzrostu kryształów konieczne jest jeszcze przeprowadzenie kilku procesów, takich jak cięcie, szlifowanie i polerowanie, aby uzyskać podłoże o gładkiej powierzchni zgodnej ze specyfikacjami.
Etap epitaksjalny: nowe kryształy na podłożu
Po wytworzeniu podłoża należy przeprowadzić proces epitaksji, aby wytworzyć nową warstwę kryształów na podłożu SiC i utworzyć strukturę urządzenia energetycznego.
- Synchronizacja technologii: Tajwan osiągnął poziom międzynarodowy w zakresie podstawowej technologii produkcji płytek epitaksjalnych.
- Projektowanie komponentów i nowe procesy: Procesy projektowania i produkcji komponentów mocy SiC są jednak ze sobą powiązane. Nowe projekty komponentów często wymagają opracowania nowych technologii produkcyjnych, które je uzupełnią, a Tajwan wciąż potrzebuje więcej czasu, aby zdobyć doświadczenie w tym obszarze.
„Ekstra” wyzwanie szlifowania i polerowania węglika krzemu i azotku galu
W produkcji wysokowydajnych urządzeń energetycznych i komponentów wysokiej częstotliwości, SiC i GaN charakteryzują się doskonałymi właściwościami materiałowymi, jednak ich wyjątkowo wysoka twardość, kruchość i obojętność chemiczna sprawiają, że szlifowanie i polerowanie stanowią wąskie gardła techniczne w całym procesie. Aby lepiej zobrazować wyzwania, z jakimi borykają się poszczególne materiały na późniejszych etapach produkcji, poniżej wymieniono cztery główne trudności, z jakimi mogą się spotkać SiC i GaN podczas szlifowania i polerowania:
Wyzwania związane ze szlifowaniem i polerowaniem węglika krzemu (SiC)
- Wyjątkowo wysoka twardość i kruchość: SiC ma twardość 9,2 w skali Mohsa, zbliżoną do twardości diamentu. W połączeniu z wysoką kruchością, charakteryzuje się niską wydajnością szlifowania i może łatwo tworzyć mikropęknięcia lub odpryski wafli, jeśli nie będzie się ich ostrożnie obchodzić podczas obróbki, co zmniejsza integralność wafli.
- Obojętność chemiczna: powierzchnia SiC charakteryzuje się wyjątkowo wysoką stabilnością chemiczną, co utrudnia stosowanie tradycyjnych metod polerowania CMP. Aby utworzyć usuwalną warstwę tlenku, konieczne jest wprowadzenie wysoce aktywnych utleniaczy lub cząstek katalitycznych metalu.
- Struktura krystaliczna i defekty: Struktury polimorficzne, takie jak 6H-SiC i 4H-SiC, są anizotropowe i charakteryzują się dużymi różnicami w szybkości mielenia. Defekty, takie jak mikrorurki i błędy ułożenia, łatwo ulegają wzmocnieniu podczas obróbki, co zmniejsza wydajność kolejnych procesów.
- Wymagania dotyczące integralności powierzchni: Elementy zasilania są niezwykle wrażliwe na płaskość powierzchni i gęstość defektów. Odchylenia chropowatości na poziomie atomowym mogą wpływać na napięcie przebicia, prąd upływu i niezawodność.
Wyzwania związane ze szlifowaniem i polerowaniem azotku galu (GaN)
- Wysoka twardość i kruchość: GaN ma twardość w skali Mohsa wynoszącą około 9, a jego niska wydajność cięcia i wysoka kruchość sprawiają, że cienkie wafle są podatne na pękanie lub odpryskiwanie, szczególnie w przypadku obróbki wafli o dużych rozmiarach, gdzie ryzyko jest jeszcze wyższe.
- Stabilność chemiczna: GaN jest chemicznie obojętny zarówno na roztwory kwaśne, jak i zasadowe. Skuteczność usuwania CMP przez samą reakcję chemiczną jest niska i wymaga połączenia ze specyficznymi reakcjami redoks lub światłem ultrafioletowym, aby przyspieszyć reakcje powierzchniowe.
- Struktura krystaliczna i problemy heteroepitaksjalne: Większość GaN jest uprawiana heteroepitaksjalnie, przy dużym naprężeniu międzyfazowym i zagęszczeniu defektów, co prowadzi do nierównomiernej szybkości usuwania materiału podczas szlifowania i łatwo tworzy stopnie lub lokalne zagłębienia.
- Wymagania dotyczące jakości powierzchni i interfejsu: Komponenty RF o wysokiej częstotliwości i dużej mocy mają wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące chropowatości powierzchni i interfejsu. Zarysowania na poziomie atomowym lub cząstki resztkowe mogą wpływać na stabilność i wydajność energetyczną komponentów.
Pokonywanie wyzwań związanych z twardością węglika krzemu i azotku galu: precyzyjne rozwiązania do szlifowania i polerowania firmy Honway
W miarę jak złożone materiały półprzewodnikowe, takie jak węglik krzemu i azotek galu, stopniowo zyskują na popularności, zwłaszcza w miarę rozwoju wafli 8-calowych, ich wyjątkowo wysoka twardość i kruchość stanowią poważne wyzwanie dla tradycyjnych technik szlifowania i polerowania. Materiały te charakteryzują się twardością w skali Mohsa sięgającą 9,2–9,6, co może łatwo powodować uszkodzenia powierzchniowe i podpowierzchniowe oraz odkształcenia wafli, wpływając na wydajność kolejnych komponentów.
Firma Honway Industrial Co., Ltd. oferuje kompleksowe rozwiązania w zakresie szlifowania i polerowania SiC i GaN, uwzględniając właściwości fizyczne SiC i GaN w trzech aspektach: materiałów eksploatacyjnych, kontroli procesu i konstrukcji urządzeń. Pomaga to branży pokonywać wąskie gardła i osiągać stabilną jakość procesu oraz wysoką wydajność.
Etap mielenia: Stabilna kontrola od mielenia zgrubnego do drobnego
Tradycyjne narzędzia polerskie często napotykają trudności podczas obróbki SiC i GaN, w tym długi czas obróbki, nadmiernie głębokie defekty podpowierzchniowe (SSD) i nierównomierną grubość. Honway skutecznie rozwiązuje te problemy, oferując następujące wysokiej klasy materiały eksploatacyjne:
- Specjalne tarcze szlifierskie do płytek półprzewodnikowych: Wykonane z formuły o wysokiej twardości i odporności na zużycie, potrafią szybko usuwać materiał, skutecznie zapobiegając powstawaniu mikropęknięć, minimalizując uszkodzenia powierzchniowe i podpowierzchniowe.
- Gąbki polerskie Honway: stabilizują rozkład nacisku, dzięki czemu płytka nie odkształca się w trakcie polerowania, a także precyzyjnie kontrolują zmiany grubości (TTV) i odkształcenia (WARP), tworząc solidną podstawę dla kolejnych procesów.
- Nanocząsteczkowa zawiesina polerska z diamentami: opracowana specjalnie do materiałów o wysokiej twardości, znacznie zmniejsza zarysowania powstałe podczas polerowania oraz naprężenia szczątkowe poprzez modyfikację struktury powierzchni i zastosowanie kulistych cząstek diamentu, co zmniejsza obciążenie kolejnych procesów CMP.
- Polerowanie CMP: W procesie CMP polerowanie odbywa się za pomocą diamentu lub innych cząstek o wysokiej twardości, które precyzyjnie obrabiają powierzchnię polerską, usuwają zanieczyszczenia i osady chemiczne, przywracają chropowatość powierzchni i zapobiegają powstawaniu szkliwa spowodowanego długotrwałym użytkowaniem, które mogłoby mieć wpływ na wydajność usuwania.
Polerowanie CMP: uzyskiwanie ultrapłaskich, nieniszczących powierzchni
Wydajność układów SiC i GaN w dużym stopniu zależy od płaskości powierzchni i kontroli defektów wafla. Rozwiązania do chemiczno-mechanicznego polerowania (CMP) firmy Honway zostały zaprojektowane specjalnie do polerowania półprzewodników złożonych na poziomie lustrzanym.
- Pięciowarstwowa tarcza polerska CMP: Innowacyjna, pięciowarstwowa konstrukcja zapewnia doskonałą sztywność i regulację nacisku, skutecznie kontrolując tempo usuwania materiału i zapewniając jednorodność powierzchni. Mikroporowata i rowkowana tekstura poprawia przepływ ścierniwa i zmniejsza ryzyko zarysowań.
- CMP Dresser: Wykorzystuje cząsteczki o wysokiej twardości, takie jak diamenty, do precyzyjnego czyszczenia i polerowania tarczy polerskiej, usuwając zanieczyszczenia powstające w trakcie procesu, zapobiegając „szkliwieniu” i zapewniając, że tarcza polerska może stale utrzymywać stabilną siłę cięcia i wydajność usuwania.
Szlam polerski: precyzyjne trawienie chemiczne i selektywność materiału
W procesie CMP dla SiC i GaN trawienie chemiczne i selektywność materiału mają kluczowe znaczenie dla określenia końcowej jakości powierzchni. Honway oferuje opatentowane receptury, które gwarantują wysoką wydajność i niski wskaźnik defektów.
- Specjalna diamentowa zawiesina polerska: opracowana specjalnie do polerowania półprzewodników złożonych, łączy w sobie optymalizację mikrostruktury powierzchni i kuliste cząsteczki diamentu, aby skutecznie ograniczyć zarysowania i uszkodzenia podpowierzchniowe powstające podczas obróbki, umożliwiając polerowanie bez uszkodzeń, a tym samym poprawiając odprowadzanie ciepła i niezawodność podzespołów zasilających.
Podsumowując, Honway zapewnia wydajne rozwiązania procesowe o niskim wskaźniku defektów, zaprojektowane specjalnie dla SiC i GaN, poprzez integrację kluczowych materiałów eksploatacyjnych, takich jak diamentowa zawiesina polerska, specjalistyczne tarcze szlifierskie i pady polerskie CMP, przyspieszając masową produkcję i zastosowanie tych zaawansowanych materiałów w urządzeniach mocy, komunikacji RF i zaawansowanych obudowach.
Obiecująca przyszłość węglika krzemu i azotku galu oraz ciągła innowacja w technologii polerowania
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na komponenty o dużej mocy i wysokiej częstotliwości, perspektywy zastosowań SiC i GaN stają się coraz szersze. SiC, dzięki swojej wysokiej sprawności i niskiemu zużyciu energii, stał się podstawowym komponentem infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych i pokładowych systemów zasilania; GaN, dzięki swoim właściwościom wysokoczęstotliwościowym i niskim stratom mocy, jest szeroko stosowany w modułach RF 5G nowej generacji i wzmacniaczach mocy RF. Co więcej, oba materiały charakteryzują się doskonałą odpornością na wysokie temperatury, promieniowanie oraz możliwością obsługi dużej mocy w najnowocześniejszych dziedzinach, takich jak lotnictwo i kosmonautyka, komunikacja satelitarna i radary wysokoenergetyczne.
Aby sprostać szybko rosnącym wymaganiom aplikacyjnym, technologie szlifowania i polerowania wymagają ciągłych przełomów. Przyszłe wyzwania obejmują jednorodną obróbkę wielkogabarytowych płytek SiC, precyzyjną kontrolę defektów w heteroepitaksjalnych płytkach GaN oraz realizację polerowania w skali nano o niskim poziomie uszkodzeń. Jednocześnie połączenie inteligentnych procesów z automatycznym sterowaniem będzie kluczem do poprawy wydajności, stabilności i wydajności. Acer będzie nadal inwestować w badania i rozwój, integrując opatentowane materiały eksploatacyjne i inteligentne procesy, aby napędzać innowacje w technologiach polerowania SiC i GaN, ułatwiając masową produkcję wysokowydajnych układów półprzewodnikowych.
Więcej informacji na temat materiałów eksploatacyjnych do szlifowania i polerowania diamentowego Honway
Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak Honway może przynieść przełomowe korzyści dla Twoich procesów półprzewodnikowych, kliknij poniższe linki, aby zapoznać się z naszą pełną gamą materiałów eksploatacyjnych do szlifowania i polerowania diamentowego oraz szczegółami technicznymi:
- Seria diamentowych nanocieków polerskich Honway
- Precyzyjne pady szlifierskie i polerskie do wafli Honway
- Ściernice do płaskiego szlifowania wafli Honway
- Ściernice do szlifowania fazowego wafli krzemowych Honway
- Dao cắt mạ điện Honway Wafer
- Dao cắt bao bì bánh xốp Honway – dao mềm
- Dao cắt bao bì bánh wafer Honway – dao cứng
Możesz również bezpośrednio „skontaktować się z naszym zespołem ekspertów Honway”, a my zapewnimy najbardziej profesjonalną, spersonalizowaną konsultację i rozwiązania.
Przeczytaj więcej na powiązane tematy
- Podłoże diamentowe>>>Od biżuterii do półprzewodników: Diamenty odgrywają kluczową rolę w kolejnej generacji materiałów przewodzących ciepło
- Półprzewodniki złożone>>>Tajna broń precyzyjnej produkcji półprzewodników: diamentowe materiały eksploatacyjne do szlifowania i polerowania, skutecznie zwiększające wydajność i wydajność płytek!
- Szlifowanie i polerowanie półprzewodników>>>Szlifowanie i polerowanie w produkcji półprzewodników: od wyboru materiałów po zapewnienie materiałów eksploatacyjnych dla doskonałych procesów
- Materiały eksploatacyjne do szlifowania i polerowania>>>Innowacyjne materiały eksploatacyjne do szlifowania i polerowania: napędzają przemysł półprzewodników w kierunku wyższej precyzji
- Klucz do uzyskania ultrapłaskich płytek >>>„Cienka” nauka szlifowania i polerowania półprzewodników: klucz do uzyskania ultrapłaskich płytek
- Integracja heterogeniczna i zaawansowane pakowanie >>>Stawianie czoła przyszłości: w jaki sposób materiały eksploatacyjne do szlifowania i polerowania pomagają w integracji heterogenicznej i zaawansowanym pakowaniu
- Polerowanie półprzewodników złożonych>>>Opanowanie technologii polerowania półprzewodników złożonych: Osiąganie wysokiej wydajności w komponentach elektronicznych nowej generacji
W zakresie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie. Możemy modyfikować proporcje zgodnie z Twoimi potrzebami, aby osiągnąć najwyższą wydajność.
Jeśli po przeczytaniu tekstu nadal nie wiesz, jak wybrać najbardziej odpowiedni produkt,
Zapraszamy do kontaktu, nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.
Jeśli potrzebujesz wyceny, skontaktuj się z nami.
Godziny obsługi klienta: poniedziałek – piątek 09:00-18:00
Numer kontaktowy：07 223 1058
Jeśli masz jakieś pytania, zapraszamy do wysłania wiadomości prywatnej na Facebooku!
Nasza strona na FB：https://www.facebook.com/honwaygroup
Być może zainteresują cię inne artykuły…
[wpb-random-posts]
