碳化硅又稱金剛砂,是以石英砂、石油焦、木屑、食鹽等為原料,經(jīng)電阻爐高溫冶煉而成。事實上,碳化硅在很久以前就被發(fā)現(xiàn)了。其特點是:化學性能穩(wěn)定,導熱系數(shù)高,熱膨脹系數(shù)小,耐磨性好,硬度高(莫氏硬度等級為9.5級,僅次于世界上最硬的金剛石(10級)),導熱性能優(yōu)良,高溫抗氧化性強。由于碳化硅的天然含量較低,它主要是人造的。
碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)鏈主要包括碳化硅高純粉體、單晶襯底、外延片、功率器件、模塊封裝和終端應用等。
1. 碳化硅高純粉末
高純碳化硅粉末是PVT法生長碳化硅單晶體所需原料。其產(chǎn)品純度直接影響碳化硅單晶的生長質(zhì)量和電性能。碳化硅粉末的合成方法有很多種,主要有固相法、液相法和氣相法。其中,固相法包括碳熱還原法、自蔓延高溫合成法和機械粉碎法。液相法包括溶膠-凝膠法和聚合物熱分解法.氣相法包括化學氣相沉積法、等離子體法和激光誘導法。
2.單晶襯底
單晶襯底是半導體的支撐材料、導電材料和外延生長襯底。生產(chǎn)碳化硅單晶襯底的關鍵步驟是單晶的生長,這也是碳化硅半導體材料應用的主要技術(shù)難點。是產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)密集、資金密集的環(huán)節(jié)。目前SiC單晶的生長方法有物理氣相輸運法(PVT法)、液相法(LPE法)、高溫化學氣相沉積法(HTCVD法)等。
3. 外延片
碳化硅外延片是指在碳化硅襯底上生長出具有一定要求、與襯底晶向相同的單晶薄膜(外延層)的碳化硅芯片。目前,在碳化硅單晶襯底上制備SiC薄膜的方法主要有化學氣相沉積法(CVD)、液相法(LPE)、升華法、濺射法、分子束外延法等。
4. 功率器件
KeepTops研發(fā)的碳化硅材料制成寬禁帶功率器件具有耐高溫、高頻、高效率等特點。
5. 模塊進行封裝
目前處于量產(chǎn)階段的相關功率器件的封裝類型基本上都采用硅功率器件。模塊封裝可以優(yōu)化碳化硅功率器件在使用過程中的性能和可靠性,并能靈活地將功率器件與不同的應用解決方案結(jié)合起來。
6. 終端應用程序
在第三代半導體應用中,碳化硅半導體的優(yōu)勢在于與氮化鎵半導體互補。由于SiC器件具有轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)熱量低、重量輕等優(yōu)點,下游行業(yè)對SiC器件的需求不斷增加,有取代Siq器件的趨勢。