Silicon carbide (SiC) và gallium nitride (GaN) là các vật liệu bán dẫn khe rộng thế hệ mới (Wide Bandgap Semiconductors, WBGS), đang thay đổi cục diện ứng dụng của vật liệu silicon truyền thống. Chúng có các ưu điểm như chịu nhiệt độ cao, áp suất cao, tần số cao và tổn thất thấp, đặc biệt phù hợp cho các lĩnh vực hiệu suất cao như xe điện, truyền thông 5G/6G, năng lượng tái tạo và sạc nhanh. So với silicon, silicon carbide và gallium nitride có thể duy trì hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt hơn, đồng thời giảm đáng kể tổn thất năng lượng, thúc đẩy ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu bước vào một giai đoạn mới.
Mục lục
Ưu điểm của cacbua silic và nitrua gali
Silicon carbide (SiC) và gallium nitride (GaN) đều thuộc loại bán dẫn hợp chất, nhưng mỗi loại đều thể hiện những ưu điểm vật liệu không thể thay thế trong lĩnh vực điện tử hiệu suất cao.
Silicon carbide SiC
- Điện áp xuyên phá cao: Có thể chịu được điện áp cao hơn nhiều so với silicon, phù hợp cho các ứng dụng công suất cao áp.
- Độ dẫn nhiệt cao: Hiệu quả tản nhiệt tốt, có thể hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao.
- Điện trở dẫn điện thấp: Giảm tổn thất năng lượng, nâng cao hiệu suất hệ thống.
Gallium nitride GaN
- Độ di chuyển điện tử cao: Tốc độ chuyển đổi nhanh, phù hợp cho các ứng dụng tần số cao.
- Đặc tính tần số cao: Hỗ trợ hoạt động ở mức GHz, giảm kích thước linh kiện và nâng cao hiệu suất chuyển đổi.
- Yêu cầu tản nhiệt thấp: Giảm kích thước và chi phí của hệ thống tản nhiệt.
Cả hai không chỉ vượt qua những hạn chế về công suất và tần số của vật liệu silicon truyền thống, mà còn đặt nền tảng cốt lõi cho các hệ thống điện tử tiên tiến có hiệu suất cao và tiêu thụ năng lượng thấp.
Công nghệ sản xuất nitrua gali: HVPE và phương pháp nhiệt amoniac
Công nghệ phát triển nền tảng của nitrua gali quyết định tính năng và chi phí của nó:
Phương pháp phún xạ khí pha hydro (HVPE)
- Sử dụng hydro (H₂) làm khí mang, phản ứng hydro clorua (HCl) với gallium (Ga) để tạo ra gallium clorua (GaCl), sau đó phản ứng với amoniac (NH₃) để tạo ra tinh thể gallium nitride (GaN).
- Nhiệt độ quá trình khoảng 1000°C, có thể nhanh chóng tạo ra một lượng lớn GaN.
- Nhược điểm: Dễ bị nứt và khuyết tật mạng tinh thể, chất lượng tinh thể kém.
Phương pháp nhiệt amoniac (Ammonothermal)
- Sử dụng amoniac siêu tới hạn làm dung môi, có khả năng hòa tan của chất lỏng và tính khuếch tán của khí ở áp suất cao và nhiệt độ cao.
- Thông qua quá trình hòa tan gallium bằng amoniac và lắng đọng để tạo ra tinh thể GaN.
- Ưu điểm: Nhiệt độ thấp, tiêu thụ năng lượng thấp, mật độ khuyết tật nhỏ, phù hợp cho các ứng dụng chất lượng cao.
- Nhược điểm: Tốc độ sinh trưởng chậm, quy trình sản xuất phức tạp.
Các công nghệ quan trọng trong quá trình sản xuất silicon carbide: Phương pháp thăng hoa và công nghệ epitaxy.
Quy trình sản xuất silicon carbide (SiC) không chỉ tốn thời gian mà còn rất phức tạp, từ giai đoạn phát triển nền tảng đến sản xuất các thành phần công suất, mỗi bước đều gặp nhiều thách thức.
Sản xuất tấm nền: Phương pháp truyền dẫn vật lý trong pha khí – Phương pháp thăng hoa PVT
Đây là công nghệ sản xuất tấm nền silicon carbide chủ đạo hiện nay, với các điểm mấu chốt và thách thức trong quy trình sản xuất như sau:
- Nguyên lý quy trình: Bột SiC được thăng hoa trong môi trường kín ở nhiệt độ cao (khoảng 2.200°C) và áp suất thấp, sau đó hơi SiC tiếp xúc với hạt giống tinh thể SiC, ngưng tụ và bám dính, từ đó hình thành tinh thể SiC.
- Độ khó cao và thời gian dài: So với thanh silicon (Si) chỉ cần vài ngày để phát triển vài mét, thanh SiC cần 2-3 tuần để phát triển chưa đến 10 cm, và không thể theo dõi chất lượng tinh thể trong quá trình sản xuất, mà phải đợi đến cuối cùng mới có thể xác nhận.
- Xử lý tiếp theo: Sau khi quá trình phát triển tinh thể hoàn tất, cần phải trải qua nhiều công đoạn như cắt, mài và đánh bóng để tạo ra một tấm nền có bề mặt nhẵn mịn và đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật.
Giai đoạn tinh thể: Tinh thể mới trên đế
Sau khi hoàn thành việc chế tạo đế, phải tiến hành bước tăng trưởng tinh thể (Epitaxy) để tạo ra một lớp tinh thể mới trên đế SiC, từ đó hình thành cấu trúc của linh kiện công suất.
- Công nghệ đồng bộ: Đài Loan đã đạt được trình độ quốc tế về công nghệ sản xuất cơ bản trong lĩnh vực epitaxy.
- Thiết kế linh kiện và quy trình sản xuất mới: Tuy nhiên, thiết kế linh kiện SiC và công nghệ quy trình sản xuất có mối quan hệ tương hỗ. Khi có thiết kế linh kiện mới, thường cần phát triển công nghệ quy trình sản xuất mới để phù hợp. Trong lĩnh vực này, Đài Loan vẫn cần thêm thời gian để tích lũy kinh nghiệm.
Thách thức “cốt lõi” trong quá trình mài và đánh bóng silicon carbide và gallium nitride
Trong quá trình sản xuất các linh kiện công suất cao và tần số cao, mặc dù SiC và GaN có đặc tính vật liệu xuất sắc, nhưng độ cứng cực cao, tính giòn và tính trơ hóa học của chúng khiến quá trình mài và đánh bóng trở thành nút thắt kỹ thuật trong toàn bộ quy trình sản xuất. Để trình bày rõ hơn những thách thức mà các vật liệu này phải đối mặt trong giai đoạn sau của quy trình sản xuất, dưới đây là bốn vấn đề chính mà SiC và GaN có thể gặp phải trong quá trình mài và đánh bóng:
Thách thức trong quá trình mài và đánh bóng silicon carbide (SiC)
- Độ cứng cực cao và độ giòn: Độ cứng Mohs của SiC đạt 9,2, gần bằng độ cứng của kim cương, kết hợp với độ giòn cao, dẫn đến hiệu suất mài mòn thấp. Chỉ cần một chút sơ suất trong quá trình gia công cũng có thể gây ra các vết nứt nhỏ hoặc mẻ góc wafer, làm giảm tỷ lệ wafer hoàn chỉnh.
- Tính trơ hóa học: Bề mặt SiC có tính ổn định hóa học cực cao, dung dịch đánh bóng CMP truyền thống khó có tác dụng, cần phải sử dụng chất oxy hóa hoạt tính cao hoặc hạt xúc tác kim loại để tạo thành lớp oxit có thể loại bỏ.
- Cấu trúc tinh thể và khuyết tật: Cấu trúc đa hình như 6H-SiC, 4H-SiC có tính dị hướng, tốc độ mài mòn khác nhau, các khuyết tật như ống vi mô (Micropipes) và sai lệch lớp xếp chồng dễ bị phóng đại trong quá trình gia công, làm giảm tỷ lệ thành công của các công đoạn tiếp theo.
- Yêu cầu về tính toàn vẹn bề mặt: Các thành phần công suất cực kỳ nhạy cảm với độ phẳng bề mặt và mật độ khuyết tật. Sự sai lệch độ nhám ở cấp độ nguyên tử có thể ảnh hưởng đến điện áp phá vỡ, dòng rò và độ tin cậy.
Thách thức trong quá trình mài và đánh bóng GaN
- Độ cứng cao và tính giòn: Độ cứng Mohs của GaN khoảng 9, hiệu suất cắt thấp và tính giòn cao khiến các tấm wafer mỏng dễ bị nứt hoặc vỡ cạnh, đặc biệt là trong quá trình gia công các tấm wafer kích thước lớn.
- Tính ổn định hóa học: GaN có tính trơ hóa học đối với cả dung dịch axit và bazơ. Phương pháp CMP chỉ dựa vào tác động hóa học có hiệu suất loại bỏ thấp, cần kết hợp với phản ứng oxi hóa khử cụ thể hoặc ánh sáng tia cực tím để thúc đẩy phản ứng bề mặt.
- Vấn đề cấu trúc tinh thể và mọc lớp dị chất: Hầu hết GaN được mọc lớp dị chất, có ứng suất giao diện và mật độ khuyết tật cao, dẫn đến tốc độ loại bỏ không đều khi mài, dễ hình thành bậc thang hoặc lõm cục bộ.
- Yêu cầu về chất lượng bề mặt và giao diện: Các thành phần RF tần số cao, công suất cao có yêu cầu rất cao về độ nhám bề mặt và giao diện. Các vết xước ở cấp độ nguyên tử hoặc các hạt còn sót lại có thể ảnh hưởng đến tính ổn định và hiệu suất công suất của thành phần.
Vượt qua thách thức về độ cứng của silicon carbide và gallium nitride: Giải pháp mài và đánh bóng chính xác của Hongwei
Với sự phát triển của các vật liệu bán dẫn hợp chất như silicon carbide và gallium nitride, đặc biệt là trong quá trình phát triển wafer 8 inch, độ cứng và độ giòn cực cao của chúng đã đặt ra thách thức lớn cho các kỹ thuật mài và đánh bóng truyền thống. Độ cứng Mohs của các vật liệu này đạt từ 9,2 đến 9,6, dễ gây hư hỏng bề mặt và lớp dưới bề mặt của wafer, gây biến dạng và ảnh hưởng đến hiệu suất của các thành phần sau này.
Hongwei Industrial tập trung vào các đặc tính vật lý của SiC và GaN, cung cấp giải pháp mài và đánh bóng toàn diện từ ba khía cạnh: vật liệu tiêu hao, kiểm soát quy trình và thiết kế thiết bị. Điều này giúp ngành công nghiệp vượt qua các thách thức, đạt được chất lượng quy trình ổn định và tỷ lệ thành phẩm cao.
Giai đoạn mài: Kiểm soát ổn định từ mài thô đến mài tinh
Các công cụ mài truyền thống thường gặp phải các vấn đề như thời gian gia công lâu, tổn thương dưới bề mặt (SSD) quá sâu và độ dày không đồng đều khi xử lý SiC và GaN. Hongwei đã giải quyết hiệu quả những thách thức này thông qua các vật liệu tiêu hao cao cấp sau:
- Đĩa mài chuyên dụng cho wafer: Sử dụng công thức có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn cao, có thể loại bỏ vật liệu nhanh chóng đồng thời ức chế hiệu quả sự hình thành vết nứt nhỏ, giảm thiểu tối đa tổn thương bề mặt và lớp dưới bề mặt.
- Đệm mài Hongwei: Có khả năng phân bố áp lực ổn định, đảm bảo wafer không bị cong vênh trong quá trình mài, kiểm soát chính xác độ biến thiên độ dày (TTV) và độ cong vênh (WARP), tạo nền tảng tốt cho các công đoạn tiếp theo.
- Dung dịch mài kim cương nano: Được thiết kế chuyên biệt cho vật liệu có độ cứng cao, thông qua việc cải thiện cấu trúc bề mặt và sử dụng hạt kim cương hình cầu, giúp giảm đáng kể vết xước mài và ứng suất dư, từ đó giảm bớt gánh nặng cho quá trình CMP tiếp theo.
- CMP Trimmer: Trong quá trình CMP, trimmer sử dụng kim cương hoặc các hạt có độ cứng cao khác để thực hiện việc mài mòn chính xác trên đệm mài, loại bỏ các mảnh vụn và cặn hóa học, khôi phục độ nhám bề mặt, tránh tình trạng bề mặt trở nên quá mịn (Glazing) do sử dụng lâu dài, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ.
CMP đánh bóng: Đạt được bề mặt siêu phẳng và không bị hư hại.
Hiệu suất của các linh kiện SiC và GaN phụ thuộc rất lớn vào độ phẳng bề mặt và kiểm soát khuyết tật của wafer. Giải pháp mài mòn hóa học cơ học (CMP) của Hongwei được thiết kế chuyên biệt cho quá trình mài mòn bề mặt gương của các chất bán dẫn hợp chất:
- Miếng đệm đánh bóng CMP cấu trúc 5 lớp: Thiết kế cấu trúc 5 lớp sáng tạo, có độ cứng và khả năng điều chỉnh áp lực tuyệt vời, kiểm soát hiệu quả tốc độ loại bỏ vật liệu, đảm bảo bề mặt đồng đều. Thiết kế kết cấu vi lỗ và rãnh giúp tăng tính lưu động của dung dịch mài, giảm nguy cơ trầy xước.
- CMP mài: Sử dụng các hạt có độ cứng cao như kim cương để mài chính xác đệm đánh bóng, loại bỏ các mảnh vụn còn sót lại trong quá trình sản xuất, ngăn chặn hiện tượng “glazing” (hiện tượng bóng gương), đảm bảo đệm đánh bóng duy trì ổn định lực cắt và hiệu quả loại bỏ.
Dung dịch đánh bóng: Ăn mòn hóa học chính xác và lựa chọn vật liệu
Trong quá trình CMP của SiC và GaN, quá trình ăn mòn hóa học và tính chọn lọc vật liệu là yếu tố quyết định chất lượng bề mặt cuối cùng. Hongwei cung cấp công thức độc quyền để đảm bảo hiệu suất cao và tỷ lệ khuyết tật thấp:
- Dung dịch đánh bóng kim cương chuyên dụng: Được thiết kế đặc biệt cho quá trình đánh bóng bán dẫn hợp chất, tích hợp công nghệ tối ưu hóa cấu trúc vi mô bề mặt và hạt kim cương hình cầu, giúp giảm thiểu vết xước gia công và tổn thương dưới bề mặt, đạt được quá trình đánh bóng không gây hư hại, từ đó nâng cao khả năng tản nhiệt và độ tin cậy của các linh kiện công suất.
Tóm lại, Hongwei Precision cung cấp các giải pháp quy trình sản xuất hiệu suất cao, tỷ lệ lỗi thấp, được thiết kế riêng cho SiC và GaN bằng cách tích hợp các vật liệu tiêu hao quan trọng như dung dịch mài kim cương, đĩa mài chuyên dụng và đệm đánh bóng CMP. Điều này giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất hàng loạt và ứng dụng của các vật liệu tiên tiến này trong các lĩnh vực như linh kiện công suất, truyền thông RF và đóng gói tiên tiến.
Tiềm năng rộng lớn của silicon carbide và gallium nitride cùng với sự đổi mới liên tục trong công nghệ đánh bóng
Với sự gia tăng nhu cầu về các linh kiện công suất cao và tần số cao, triển vọng ứng dụng của SiC và GaN ngày càng rộng mở. SiC, nhờ vào hiệu suất cao và tiêu thụ năng lượng thấp, đã trở thành linh kiện cốt lõi trong cơ sở hạ tầng sạc xe điện và hệ thống điện trên xe; trong khi GaN, với đặc tính tần số cao và tổn thất công suất thấp, được ứng dụng rộng rãi trong các mô-đun tần số vô tuyến 5G thế hệ mới và bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến. Ngoài ra, cả hai đều thể hiện khả năng chịu nhiệt độ cao, chống bức xạ và chịu công suất cao tuyệt vời trong các lĩnh vực tiên tiến như hàng không vũ trụ, truyền thông vệ tinh và radar năng lượng cao.
Đối mặt với sự mở rộng nhanh chóng của nhu cầu ứng dụng, công nghệ mài và đánh bóng cũng cần tiếp tục có những đột phá. Những thách thức trong tương lai bao gồm gia công đồng đều các tấm wafer SiC kích thước lớn, kiểm soát khuyết tật tinh vi trên các chip GaN dị chất, và thực hiện quá trình đánh bóng nano với mức tổn thương thấp. Đồng thời, kết hợp quy trình sản xuất thông minh và điều khiển tự động sẽ là chìa khóa để nâng cao hiệu quả, độ ổn định và tỷ lệ thành phẩm. Hong Wei sẽ tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển, tích hợp vật tư tiêu hao chuyên dụng và quy trình sản xuất thông minh, thúc đẩy sự đổi mới công nghệ đánh bóng SiC và GaN, góp phần vào việc sản xuất hàng loạt các linh kiện bán dẫn hiệu suất cao.
Thông tin thêm về vật tư tiêu hao mài và đánh bóng kim cương Honway
Để tìm hiểu thêm về cách Acer có thể mang lại những lợi ích đột phá cho quy trình sản xuất chất bán dẫn của bạn, vui lòng nhấp vào liên kết sau để khám phá toàn bộ các vật tư tiêu hao mài và đánh bóng kim cương cũng như thông tin chi tiết về công nghệ của chúng tôi:
- Dòng sản phẩm dung dịch đánh bóng kim cương nano Hongwei
- Tấm mài và đánh bóng wafer chính xác Honway
- Bánh mài bề mặt wafer Honway
- Bánh mài vát wafer silicon 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
Bạn cũng có thể liên hệ trực tiếp với đội ngũ chuyên gia Hongwei của chúng tôi và chúng tôi sẽ cung cấp giải pháp và tư vấn chuyên nghiệp nhất.
Đọc thêm về các chủ đề liên quan
- Chất nền kim cương>>>Từ đồ trang sức đến chất bán dẫn: Kim cương đóng vai trò quan trọng trong thế hệ vật liệu dẫn nhiệt tiếp theo
- Chất bán dẫn hợp chất>>>Vũ khí bí mật của sản xuất bán dẫn chính xác: vật tư tiêu hao mài và đánh bóng kim cương, cải thiện hiệu suất và năng suất wafer một cách hiệu quả!
- Mài và đánh bóng chất bán dẫn>>>Mài và đánh bóng trong sản xuất chất bán dẫn: Từ lựa chọn vật liệu đến cung cấp vật tư tiêu hao cho quy trình xuất sắc
- Vật thể tiêu hao mài và đánh bóng>>>Vật tư tiêu hao mài và đánh bóng sáng tạo: Đưa ngành công nghiệp bán dẫn hướng tới độ chính xác cao hơn
- Chìa khóa để tạo ra các tấm wafer siêu phẳng >>>Khoa học “mỏng” về mài và đánh bóng chất bán dẫn: Chìa khóa để tạo ra các tấm wafer siêu phẳng
- Tích hợp dị chất và đóng gói tiên tiến>>>Chuẩn bị cho tương lai: Vật liệu mài và đánh bóng đóng vai trò gì trong tích hợp dị chất và đóng gói tiên tiến?
- Mài bóng bán dẫn hợp chất>>>Nắm vững công nghệ đánh bóng bán dẫn hợp chất: Đạt được hiệu suất cao cho các linh kiện điện tử thế hệ mới
Về mài mòn: Chúng tôi cung cấp các điều chỉnh tùy chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ theo nhu cầu gia công, nhằm đạt hiệu quả tối đa.
Nếu bạn vẫn chưa biết cách chọn sản phẩm phù hợp sau khi đọc nội dung, hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Nếu cần báo giá tùy chỉnh, hãy liên hệ với chúng tôi.
Thời gian hỗ trợ khách hàng: Thứ Hai đến Thứ Sáu, từ 09:00 đến 18:00.
phone：07 223 1058
Nếu có chủ đề muốn tìm hiểu hoặc không thể nói rõ qua điện thoại, hãy nhắn tin trực tiếp qua Facebook nhé~~
honway fb：https://www.facebook.com/honwaygroup
Các bài viết mà bạn có thể quan tâm…
[wpb-random-posts]
