Szczegóły bloga

Napędzana gwałtownym wzrostem pojazdów elektrycznych, systemów energii odnawialnej i technologii komunikacyjnych nowej generacji, branża podłoży z węglika krzemu (SiC) weszła w okres przyspieszonej ekspansji. Jako kluczowy materiał w półprzewodnikach o szerokim paśmie wzbronionym, SiC umożliwia działanie urządzeń w wysokich temperaturach, przy wysokich napięciach i wysokich częstotliwościach, wykraczając poza ograniczenia tradycyjnego krzemu. Wraz ze zwiększaniem się zdolności produkcyjnych, rynek zmierza w kierunku szerszego zastosowania, niższych kosztów i ciągłego ulepszania technologii.

1. Przegląd podłoży z węglika krzemu

1.1 Właściwości węglika krzemu

Węglik krzemu (SiC) jest związkiem syntetycznym składającym się z krzemu i węgla. Charakteryzuje się bardzo wysoką temperaturą topnienia (~2700°C), twardością ustępującą jedynie diamentowi, wysoką przewodnością cieplną, szerokim pasmem wzbronionym, wysokim polem elektrycznym przebicia i dużą prędkością dryfu nasycenia elektronów. Te cechy sprawiają, że SiC jest jednym z najważniejszych materiałów dla elektroniki mocy i zastosowań RF.

1.2 Rodzaje podłoży SiC

Podłoża SiC są kategoryzowane według rezystywności elektrycznej:

• Podłoża półizolacyjne (≥10⁵ Ω·cm), używane do urządzeń GaN-on-SiC RF w komunikacji 5G, radarach i elektronice wysokiej częstotliwości.

• Podłoża przewodzące (15–30 mΩ·cm), używane do epitaksjalnych płytek SiC w urządzeniach mocy dla pojazdów elektrycznych, energii odnawialnej, modułów przemysłowych i transportu kolejowego.

2. Łańcuch przemysłowy materiału SiC

Łańcuch wartości SiC składa się z syntezy surowców, wzrostu kryształów, obróbki wlewków, cięcia płytek, szlifowania, polerowania, wzrostu epitaksjalnego, produkcji urządzeń i zastosowań końcowych. Wśród tych etapów, produkcja podłoży ma najwyższe bariery techniczne i wkład w koszty, stanowiąc około 46% całkowitego kosztu urządzenia.

Podłoża półizolacyjne wspierają zastosowania RF o wysokiej częstotliwości, podczas gdy podłoża przewodzące służą rynkom urządzeń dużej mocy i wysokiego napięcia.

3. Proces produkcji podłoży SiC

Produkcja podłoży SiC wymaga dziesiątek precyzyjnych kroków w celu kontrolowania defektów, czystości i jednorodności.

3.1 Synteza surowców

Wysokiej czystości proszki krzemu i węgla są mieszane i reagują w temperaturach powyżej 2000°C, tworząc proszek SiC o kontrolowanych fazach krystalicznych i poziomach zanieczyszczeń.

3.2 Wzrost kryształów

Wzrost kryształów jest najważniejszym krokiem wpływającym na jakość podłoża. Główne metody obejmują:

• PVT (Physical Vapor Transport): Główna metoda przemysłowa, w której proszek SiC sublimuje i rekrystalizuje na krysztale zarodkowym.

• HTCVD (High-Temperature CVD): Umożliwia wyższą czystość i niższe poziomy defektów, ale wymaga bardziej złożonego sprzętu.

• LPE (Liquid Phase Epitaxy): Zdolny do produkcji kryształów o niskiej wadliwości, ale droższy i bardziej złożony w skalowaniu.

3.3 Obróbka wlewków

Wyrośnięty kryształ jest orientowany, kształtowany i szlifowany na standaryzowane wlewki.

3.4 Cięcie płytek

Piły diamentowe tną wlewki na płytki, które przechodzą inspekcję wypaczenia, wygięcia i TTV.

3.5 Szlifowanie i polerowanie

Procesy mechaniczne i chemiczne ścinają powierzchnię, usuwają uszkodzenia i osiągają płaskość na poziomie nanometrów.

3.6 Ostateczne czyszczenie

Procedury ultra-czyste usuwają cząstki, jony metali i zanieczyszczenia organiczne, wytwarzając ostateczne podłoże SiC.

4. Perspektywy globalnego rynku

Badania branżowe wskazują, że globalny rynek podłoży SiC osiągnął około 754 milionów USD w 2022 roku, co stanowi wzrost o 27,8% rok do roku. Oczekuje się, że rynek osiągnie 1,6 miliarda USD do 2025 roku.

Podłoża przewodzące stanowią około 68% popytu, napędzanego przez pojazdy elektryczne i energię odnawialną. Podłoża półizolacyjne stanowią około 32%, napędzane przez 5G i zastosowania wysokiej częstotliwości.

5. Krajobraz konkurencyjny

Branża ma wysokie progi techniczne, w tym długie cykle badawczo-rozwojowe, kontrolę defektów kryształów i zaawansowane wymagania sprzętowe. Podczas gdy globalni dostawcy obecnie zajmują silne pozycje w podłożach przewodzących, krajowi producenci szybko poprawiają jakość wzrostu kryształów, kontrolę gęstości defektów i możliwości dużych średnic. Konkurencyjność kosztowa będzie w coraz większym stopniu zależeć od poprawy wydajności i skali produkcji.

6. Przyszłe trendy rozwoju

6.1 Większe średnice podłoży

Przejście na płytki o dużej średnicy jest niezbędne do obniżenia kosztów na urządzenie i zwiększenia wydajności.

• Podłoża półizolacyjne przechodzą z 4 cali na 6 cali.

• Podłoża przewodzące przechodzą z 6 cali na 8 cali.

6.2 Niższa gęstość defektów

Zmniejszenie mikrorur, dyslokacji płaszczyzny podstawowej i wad stosu jest kluczem do osiągnięcia wysokiej wydajności produkcji urządzeń.

6.3 Redukcja kosztów poprzez skalę

Ponieważ coraz więcej producentów osiąga produkcję na skalę przemysłową, przewagi kosztowe i stabilność dostaw przyspieszą globalne przyjęcie urządzeń SiC.

6.4 Popyt napędzany elektryfikacją i systemami dużej mocy

Silny wzrost wynika z pojazdów elektrycznych, infrastruktury szybkiego ładowania, fotowoltaiki, systemów magazynowania energii, modułów mocy przemysłowej i zaawansowanych systemów komunikacyjnych.

Wnioski

Branża podłoży z węglika krzemu wchodzi w strategiczne okno wzrostu charakteryzujące się rozszerzającymi się zastosowaniami, szybkim postępem technologicznym i zwiększającą się skalą produkcji. Wraz ze wzrostem rozmiarów płytek i poprawą jakości kryształów, SiC odegra coraz ważniejszą rolę w globalnej elektryfikacji i systemach konwersji mocy. Producenci, którzy przodują w kontroli defektów, optymalizacji wydajności i technologii dużych średnic, wykorzystają kolejną fazę możliwości rynkowych.