Карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), как полупроводники следующего поколения с широкой запрещенной зоной, совершают революцию в применении традиционных кремниевых материалов. Они обладают такими преимуществами, как высокая термостойкость, высокое напряжение, высокая частота и низкие потери энергии, что делает их особенно подходящими для высокоэффективных применений, таких как электромобили, связь 5G/6G, возобновляемая энергия и быстрая зарядка. По сравнению с кремнием, SiC и GaN могут поддерживать стабильную работу в более экстремальных условиях, значительно снижая потери энергии, что выводит мировую полупроводниковую промышленность в новую эру.
Оглавление
Преимущества карбида кремния и нитрида галлия
Хотя карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN) являются полупроводниковыми соединениями, каждое из них обладает незаменимыми материальными преимуществами в области высокопроизводительной электроники.
Карбид кремния (SiC)
- Высокое напряжение пробоя: он выдерживает напряжения значительно выше, чем кремний, что делает его пригодным для применения в высоковольтных силовых устройствах.
- Высокая теплопроводность: Отличная эффективность рассеивания тепла и стабильная работа в условиях высоких температур.
- Низкое сопротивление в открытом состоянии: снижает потери энергии и повышает эффективность системы.
Нитрид галлия (GaN)
- Высокая подвижность электронов: высокая скорость переключения, подходит для высокочастотных применений.
- Высокочастотные характеристики: Поддерживает работу на уровне ГГц, что уменьшает габариты компонентов и повышает эффективность преобразования.
- Низкие требования к теплоотводу: уменьшение размеров и стоимости системы охлаждения.
Оба материала не только преодолевают ограничения традиционных кремниевых материалов с точки зрения мощности и частоты, но и закладывают основу для передовых электронных систем с высокой эффективностью и низким энергопотреблением.
Ключевые аспекты получения нитрида галлия (GaN): высокотемпературная гидроабразивная полимеризация (HVPE) и аммонотермический процесс.
Технология выращивания нитрида галлия на подложке определяет его характеристики и стоимость:
Гидридная парофазная эпитаксия (HVPE)
- Используя водород в качестве газа-носителя, хлористый водород (HCl) реагирует с галлием (Ga) с образованием хлорида галлия (GaCl), который затем реагирует с аммиаком (NH₃) с образованием кристаллов GaN.
- Температура процесса составляет приблизительно 1000 °C, что позволяет быстро выращивать большие объемы GaN.
- Недостатки: склонность к образованию трещин и дефектов кристаллической решетки, что приводит к низкому качеству кристаллов.
Аммонотермический процесс
- Используя сверхкритический аммиак в качестве растворителя, можно добиться того, что он обладает как растворяющей способностью жидкости, так и диффузионной способностью газа при высоком давлении и высокой температуре.
- Кристаллы GaN получают путем растворения галлия в аммиаке и последующего его осаждения.
- Преимущества: более низкая температура, меньшее энергопотребление, меньшая плотность дефектов, подходит для высококачественных применений.
- Недостатки: медленные темпы роста и сложный производственный процесс.
Ключевые аспекты изготовления карбида кремния: методы сублимации и эпитаксиального роста.
Процесс изготовления карбида кремния (SiC) не только трудоемкий, но и чрезвычайно сложный, поскольку каждый этап, от выращивания подложки до изготовления силового устройства, сопряжен с трудностями.
Изготовление подложки: Метод физического переноса паров — сублимация (PVT).
В настоящее время это основная технология производства подложек из карбида кремния, и её ключевые процессы и проблемы заключаются в следующем:
- Принцип процесса: порошок SiC сублимируется в закрытой среде при высокой температуре (около 2200 °C) и низком давлении, в результате чего его пар конденсируется и прилипает к затравочным кристаллам SiC после контакта, тем самым способствуя росту кристаллов SiC.
- Высокая сложность и длительность процесса: по сравнению с кремниевыми (Si) кристаллическими стержнями, которые могут вырасти до нескольких метров всего за несколько дней, для выращивания кристаллических стержней из карбида кремния (SiC) до размеров менее 10 сантиметров требуется от 2 до 3 недель. Кроме того, качество роста кристаллов невозможно контролировать в режиме реального времени в процессе и может быть подтверждено только в самом конце.
- Последующая обработка: После завершения роста кристаллов необходимо пройти еще несколько этапов обработки, таких как резка, шлифовка и полировка, чтобы получить подложку с гладкой поверхностью, соответствующей заданным параметрам.
Эпитаксиальная стадия: Новые кристаллы на подложке
После изготовления подложки необходимо выполнить этап эпитаксии для выращивания нового слоя кристаллов на подложке из карбида кремния (SiC) с целью формирования структуры силового устройства.
- Синхронизация технологий: Тайвань достиг международного уровня в базовой технологии эпитаксиального производства кремниевых пластин.
- Проектирование компонентов и новые процессы: Однако проектирование и производство силовых компонентов из карбида кремния взаимосвязаны. Разработка новых компонентов часто требует создания новых технологий производства, которые бы их дополняли, и Тайваню еще нужно время, чтобы накопить опыт в этой области.
Сложнейшая задача шлифовки и полировки карбида кремния и нитрида галлия.
При изготовлении высокопроизводительных силовых устройств и высокочастотных компонентов, несмотря на превосходные материальные свойства SiC и GaN, их чрезвычайно высокая твердость, хрупкость и химическая инертность делают шлифовку и полировку техническими узкими местами всего процесса. Для более наглядного представления проблем, с которыми сталкивается каждый материал на более поздних этапах изготовления, ниже перечислены четыре основные трудности, с которыми SiC и GaN могут столкнуться во время шлифовки и полировки:
Проблемы шлифовки и полировки карбида кремния (SiC)
- Чрезвычайно высокая твердость и хрупкость: твердость по шкале Мооса составляет 9,2, что близко к твердости алмаза. В сочетании с высокой хрупкостью, он обладает низкой эффективностью шлифовки и может легко образовывать микротрещины или сколы пластины при неосторожном обращении во время обработки, что снижает целостность пластины.
- Химическая инертность: поверхность SiC обладает чрезвычайно высокой химической стабильностью, что затрудняет использование традиционных растворов для полировки методом химико-механической полировки (CMP). Для образования удаляемого оксидного слоя необходимо ввести высокоактивные окислители или каталитические частицы металлов.
- Кристаллическая структура и дефекты: Полиморфные структуры, такие как 6H-SiC и 4H-SiC, являются анизотропными, с большими различиями в скоростях измельчения. Дефекты, такие как микротрубочки и дефекты упаковки, легко усиливаются в процессе обработки, снижая выход годной продукции в последующих процессах.
- Требования к целостности поверхности: Силовые компоненты чрезвычайно чувствительны к плоскостности поверхности и плотности дефектов. Отклонения шероховатости на атомном уровне могут влиять на напряжение пробоя, ток утечки и надежность.
Проблемы шлифовки и полировки нитрида галлия (GaN)
- Высокая твердость и хрупкость: твердость нитрида галлия по шкале Мооса составляет около 9, а его низкая эффективность резки и высокая хрупкость делают тонкие пластины склонными к растрескиванию или сколам, особенно при обработке пластин больших размеров, где риск еще выше.
- Химическая стабильность: GaN химически инертен как к кислым, так и к щелочным растворам. Эффективность удаления CMP за счет одного лишь химического воздействия низка, и для стимулирования поверхностных реакций необходимо сочетание с определенными окислительно-восстановительными реакциями или ультрафиолетовым излучением.
- Кристаллическая структура и проблемы гетероэпитаксии: Большая часть GaN выращивается гетероэпитаксиально, что приводит к высокому напряжению на границе раздела и высокой плотности дефектов, а также к неравномерной скорости удаления материала во время шлифовки и легкому образованию ступеней или локальных углублений.
- Требования к качеству поверхности и интерфейсов: Высокочастотные и мощные радиочастотные компоненты предъявляют чрезвычайно высокие требования к шероховатости поверхности и интерфейсов. Царапины на атомном уровне или остаточные частицы могут повлиять на стабильность и мощность компонентов.
Преодоление проблем, связанных с твердостью карбида кремния и нитрида галлия: решения Honway для прецизионной шлифовки и полировки.
Поскольку полупроводниковые материалы, такие как карбид кремния и нитрид галлия, постепенно становятся все более распространенными, особенно в связи с развитием технологий 8-дюймовых кремниевых пластин, их чрезвычайно высокая твердость и хрупкость представляют собой серьезную проблему для традиционных методов шлифовки и полировки. Твердость этих материалов по шкале Мооса достигает 9,2–9,6, что может легко вызвать повреждение поверхности и подповерхностных слоев, а также деформацию пластины, влияя на характеристики последующих компонентов.
Компания Honway Industrial Co., Ltd. предлагает комплексные решения для шлифовки и полировки SiC и GaN, учитывая физические свойства SiC и GaN с трех точек зрения: расходные материалы, управление процессом и конструкция оборудования. Это помогает отрасли преодолевать узкие места и достигать стабильного качества процесса и высокой производительности.
Стадия помола: стабильный контроль от грубого до тонкого помола
Традиционные полировальные инструменты часто сталкиваются с проблемами при обработке SiC и GaN, включая длительное время обработки, чрезмерно глубокие подповерхностные дефекты и неравномерную толщину. Компания Honway эффективно решает эти проблемы с помощью следующих высококачественных расходных материалов:
- Специальные шлифовальные круги для полупроводниковых пластин: изготовленные из высокотвердой и износостойкой формулы, они быстро удаляют материал, эффективно предотвращая образование микротрещин и минимизируя повреждения поверхности и подповерхностного слоя.
- Полировальные подушки Honway: они стабилизируют распределение давления, предотвращая деформацию пластины в процессе полировки, и точно контролируют изменение толщины (TTV) и деформацию (WARP), создавая прочную основу для последующих процессов.
- Наноразмерная алмазная полировальная суспензия: разработанная специально для материалов высокой твердости, она значительно уменьшает количество царапин при полировке и остаточных напряжений за счет модификации структуры поверхности и сферических алмазных частиц, тем самым снижая нагрузку на последующие процессы химико-механической полировки (CMP).
- Правящий станок CMP: в процессе CMP правящий станок использует алмазы или другие высокотвердые частицы для точной правки полировальной губки, удаляя загрязнения и химические отложения, восстанавливая шероховатость поверхности и предотвращая засаливание, возникающее при длительном использовании и влияющее на эффективность удаления.
CMP-полировка: получение идеально ровных поверхностей без повреждений.
Рабочие характеристики устройств на основе SiC и GaN в значительной степени зависят от плоскостности поверхности и контроля дефектов пластины. Решения Honway для химико-механической полировки (CMP) специально разработаны для достижения зеркальной полировки сложных полупроводников.
- Пятислойная полировальная подушка CMP: инновационная пятислойная конструкция обеспечивает превосходную жесткость и регулирование давления, эффективно контролируя скорость удаления материала и гарантируя однородность поверхности. Микропористая и рифленая текстура улучшает текучесть суспензии и снижает риск появления царапин.
- Устройство для правки CMP: использует высокотвердые частицы, такие как алмазы, для точной правки и полировки полировальной подушки, удаляя отходы, образующиеся в процессе, предотвращая «засаливание» и обеспечивая постоянное поддержание полировальной подушкой стабильной силы резания и эффективности удаления материала.
Полировальная суспензия: прецизионное химическое травление и селективность по материалу.
В процессе химико-механической полировки (CMP) SiC и GaN химическое травление и селективность материала имеют решающее значение для определения конечного качества поверхности. Компания Honway предлагает собственные рецептуры, обеспечивающие высокую производительность и низкий уровень дефектов.
- Специальная алмазная полировальная суспензия: разработанная специально для полировки сложных полупроводников, она включает в себя оптимизацию микроструктуры поверхности и сферические алмазные частицы, что позволяет эффективно уменьшить царапины и повреждения подповерхностного слоя, обеспечивая неразрушающую полировку и тем самым улучшая теплоотвод и надежность силовых компонентов.
Вкратце, Honway предлагает высокоэффективные технологические решения с низким уровнем дефектов, специально разработанные для SiC и GaN, путем интеграции ключевых расходных материалов, таких как алмазная полировальная суспензия, специализированные шлифовальные круги и полировальные подушки для химико-механической полировки, что ускоряет массовое производство и применение этих передовых материалов в силовых приборах, радиочастотной связи и современных упаковочных решениях.
Перспективное будущее карбида кремния и нитрида галлия, а также непрерывные инновации в технологии полировки.
В связи с растущим спросом на мощные высокочастотные компоненты, перспективы применения SiC и GaN становятся все шире. SiC, благодаря своей высокой эффективности и низкому энергопотреблению, стал ключевым компонентом в инфраструктуре зарядки электромобилей и бортовых системах питания; GaN, благодаря своим высокочастотным характеристикам и низким потерям мощности, широко используется в радиочастотных модулях 5G следующего поколения и радиочастотных усилителях мощности. Кроме того, оба материала демонстрируют превосходную термостойкость, радиационную стойкость и высокую мощность в таких передовых областях, как аэрокосмическая промышленность, спутниковая связь и высокоэнергетические радары.
Для удовлетворения быстро растущих потребностей в применении технологий шлифовки и полировки необходимы постоянные прорывы. Будущие задачи включают равномерную обработку крупногабаритных кремниево-карбидных пластин, точный контроль дефектов гетероэпитаксиальных пластин нитрида галлия и реализацию наноразмерной полировки с минимальным повреждением. Одновременно с этим, сочетание интеллектуальных процессов с автоматизированным управлением станет ключом к повышению эффективности, стабильности и выхода годной продукции. Acer продолжит инвестировать в НИОКР, интегрируя собственные расходные материалы и интеллектуальные процессы для стимулирования инноваций в технологиях полировки SiC и GaN, способствуя массовому производству высокопроизводительных полупроводниковых устройств.
Дополнительная информация о расходных материалах для алмазной шлифовки и полировки Hongwei
Чтобы узнать больше о том, как Honway может обеспечить революционные преимущества для ваших процессов производства полупроводников, перейдите по следующей ссылке, чтобы ознакомиться с полным ассортиментом наших расходных материалов для алмазной шлифовки и полировки, а также подробностями технологий:
- Серия полировальных жидкостей Hongway Nano Diamond
- Прецизионные шлифовальные и полировальные круги Hongway
- Круг для шлифования пластинчатой поверхности Hongway
- Шлифовальный круг для снятия фаски с кремниевой пластины Hongway
- Нож для электроформовки пластин Hongway
- Нож для нарезки вафельных упаковок Hongway — мягкий нож
- Нож для нарезки вафельных упаковок Hongway — мягкий нож
Вы также можете напрямую связаться с нашей командой экспертов Hongway, и мы предоставим вам самые профессиональные индивидуальные консультации и решения.
Узнайте больше о связанных темах
- Алмазная подложка >>>От ювелирных изделий до полупроводников: алмаз играет ключевую роль в следующем поколении теплопроводящих материалов
- Compound Semiconductor >>>Секретное оружие прецизионного производства полупроводников: алмазные шлифовальные и полировальные расходные материалы, эффективно повышающие выход годных пластин и производительность!
- Шлифовка и полировка полупроводников>>>Шлифовка и полировка в производстве полупроводников: от выбора материала до расходных материалов, обеспечивающих превосходные процессы
- Расходные материалы для шлифования и полирования>>>Инновационные расходные материалы для шлифования и полирования: переход полупроводниковой промышленности к более высокой точности
- Ключ к созданию сверхплоских пластин>>>«Тонкая» наука шлифовки и полировки полупроводников: ключ к созданию сверхплоских пластин
- Гетерогенная интеграция и усовершенствованная упаковка >>>Взгляд в будущее: как расходные материалы для шлифовки и полировки помогают в гетерогенной интеграции и усовершенствованной упаковке
- Полировка составных полупроводников>>>Освоение технологии полировки составных полупроводников: достижение высокой эффективности в электронных компонентах следующего поколения.
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Если после прочтения текста вы все еще не знаете, как выбрать наиболее подходящий вариант.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
