新闻资讯
您当前的位置 : 首 页 > 新闻资讯 > 行业资讯

石墨盘厂家浅谈碳化硅功率半导体存在的问题

2021-07-22 09:14:00

在功率半导体展开历史上,功率半导体可以分为三代:


尽管全球碳化硅器材商场现已初具规模,可是碳化硅功率器材范畴仍然存在一些诸多共性问题亟待打破,比如碳化硅单晶和外延资料价格居高不下、资料缺点问题仍未彻底处理、碳化硅器材制作工艺难度较高、高压碳化硅器材工艺不老练、器材封装不能满足高频高温运用需求等,全球碳化硅技能和工业距离老练尚有必定的距离,在必定程度上限制了碳化硅器材商场扩大的步伐。


1 碳化硅单晶资料石墨盘


世界上碳化硅单晶资料范畴存在的问题首要有:石墨盘


大尺度碳化硅单晶衬底制备技能仍不老练。现在世界上碳化硅芯片的制作现已从4英寸换代到6英寸,并现已开宣布了8英寸碳化硅单晶样品,与先进的硅功率半导体器材比较,单晶衬底尺度仍然偏小、缺点水平仍然偏高石墨盘。


缺少更高效的碳化硅单晶衬底加工技能。碳化硅单晶衬底资料线切割工艺存在资料损耗大、效率低等缺点,有必要进一步开发大尺度碳化硅晶体的切割工艺,进步加工效率。衬底外表加工质量的好坏直接决定了外延资料的外表缺点密度,而大尺度碳化硅衬底的研磨和抛光工艺仍不能满足要求,需求进一步开发研磨、抛光工艺参数,下降晶圆外表粗糙度。


P型衬底技能的研制较为滞后。现在商业化的碳化硅产品是单极型器材。未来高压双极型器材需求P型衬底。现在碳化硅P型单晶衬底缺点较高、电阻率较高,其基础科学问题没有得到打破,技能开发滞后石墨盘。


近年来,我国碳化硅单晶资料范畴取得了长足进步,但与世界水平比较仍存在必定的距离。除了以上共性问题以外,我国碳化硅单晶资料范畴在以下两个方面存在巨大的危险:


是本土碳化硅单晶企业无法为国内现已/即将投产的6英寸芯片工艺线供给高质量的6英寸单晶衬底资料。


碳化硅资料的检测设备彻底被国外公司所独占。


2 碳化硅外延资料


世界上碳化硅外延资料范畴存在的问题首要有:


N型碳化硅外延成长技能有待进一步进步。现在外延资料成长过程中气流和温度操控等技能仍不完美,在6英寸碳化硅单晶衬底上成长高均匀性的外延资料技能仍有必定应战,必定程度影响了中低压碳化硅芯片良率的进步。


P型碳化硅外延技能仍不老练。高压碳化硅功率器材是双极型器材,对P型重掺杂外延资料提出了要求,现在尚无满足需求的低缺点、重掺杂的P型碳化硅外延资料。


近年来我国碳化硅外延资料技能获得了长足进展,申请了一系列的专利,正在缩小与其它国家的距离,现已开始批量选用本土4英寸单晶衬底资料,产品现已打入世界商场。


可是,以下两个方面存在巨大的危险:


现在国内碳化硅外延资料产品以4英寸为主,因为受单晶衬底资料的局限,尚无法批量供货6英寸产品。


碳化硅外延资料加工设备全部进口,将限制我国独立自主工业的开展壮大。


3 碳化硅功率器材


尽管世界上碳化硅器材技能和工业化水平开展迅速,开始了小规模代替硅基二极管和IGBT的商场化进程,可是碳化硅功率器材的商场优势没有彻底形成,尚不能撼动现在硅功率半导体器材商场上的主体地位。世界碳化硅器材范畴存在的问题首要有:


碳化硅单晶及外延技能还不行完美,高质量的厚外延技能不老练,这使得制作高压碳化硅器材十分困难,而外延层的缺点密度又限制了碳化硅功率器材向大容量方向开展。


碳化硅器材工艺技能水平还比较低,这是限制碳化硅功率器材开展和推行实现的技能瓶颈,特别是高温大剂量高能离子注入工艺、超高温退火工艺、深槽刻蚀工艺和高质量氧化层成长工艺尚不理想,使得碳化硅功率器材中存在不同程度的高温文长期作业条件下可靠性低的缺点。


在碳化硅功率器材的可靠性验证方面,其实验规范和点评办法根本沿袭硅器材,没有有专门针对碳化硅功率器材特色的可靠性实验规范和点评办法,导致实验情况与实际运用的可靠性有距离。


在碳化硅功率器材测验方面,碳化硅器材测验设备、测验办法和测验规范根本沿袭硅器材的测验办法,导致碳化硅器材动态特性、安全作业区等测验成果不行,缺少一致的测验点评规范。石墨盘


除了以上共性问题外,我国碳化硅功率器材范畴开展还存在研制时间短,技能储备缺乏,进行碳化硅功率器材研制的科研单位较少,研制团队的技能水平跟国外还有必定的距离等问题,特别是在以下三个方面距离巨大:石墨盘


在SiC MOSFET器材方面的研制进展缓慢,只要少数单位具有独立的研制才能,存在必定程度上依靠世界代工企业来制作芯片的弊病,简单受制于人,工业化水平不容乐观。


碳化硅芯片首要的工艺设备根本上被国外公司所独占,特别是高温离子注入设备、超高温退火设备和高质量氧化层成长设备等,国内大规模建立碳化硅工艺线所选用的关键设备根本需求进口。


碳化硅器材高端检测设备被国外所独占。石墨盘

石墨盘


4 碳化硅功率模块


当前碳化硅功率模块首要有引线键合型和平面封装型两种。为了充分发挥碳化硅功率器材的高温、高频优势,有必要不断下降功率模块的寄生电感、下降互连层热阻,并进步芯片在高温下的安稳运转才能。现在碳化硅功率模块存在的首要问题有:


选用多芯片并联的碳化硅功率模块,因为结电容小、开关速度高,因此在开关过程中会出现极高的电流上升率(di/dt)和电压上升率(dv/dt),在这种情况下会产生较严重的电磁搅扰和额定损耗,无法发挥碳化硅器材的功能。


碳化硅功率模块的封装工艺和封装资料根本沿袭了硅功率模块的老练技能,在焊接、引线、基板、散热等方面的立异缺乏,功率模块杂散参数较大,可靠性不高。


碳化硅功率高温封装技能开展滞后。现在碳化硅器材高温、高功率密度封装的工艺及资料尚不彻底老练。为了发挥碳化硅功率器材的高温优势,有必要进一步研制先进烧结资料和工艺,在高温、高可靠封装资料及互连技能等方面实现整体打破。


5 碳化硅功率半导体存在的问题


尽管碳化硅功率器材运用前景宽广,可是现在受限于价格过高等因素,迄今为止,商场规模并不大,运用规模并不广,首要集中于光伏、电源等范畴。现在碳化硅器材运用存在的首要问题有:


碳化硅功率器材的驱动技能尚不老练。为了充分发挥碳化硅功率器材的高频、高温特性,要求其驱动芯片具有作业温度高、驱动电流大和可靠性高的特色。现在驱动芯片沿袭硅器材的驱动技能,尚不能满足要求。


碳化硅功率器材的维护技能尚不完善。碳化硅功率器材具有开关频率快、短路时间短等特色,现在器材维护技能尚不能满足需求。


碳化硅器材的电路运用开关模型尚不能全面反映碳化硅功率器材的开关特性,尚不能对碳化硅器材的电路拓扑仿真设计供给的指导。


碳化硅功率器材运用中的电磁兼容问题没有彻底处理。


碳化硅功率器材运用的电路拓扑尚不行优化。现在碳化硅功率器材的运用电路拓扑根本上沿袭硅器材的电路拓扑,没有开宣布彻底发挥碳化硅功率器材优势的新型电路拓扑结构。


整体而言,第三代半导体技能尚处于开展状况,还有许多缺乏之处。以当前运用程度的碳化硅为例,其技能上尚有几个缺点:


资料成本过高。现在碳化硅芯片的工艺不如硅老练,首要为4英寸晶圆,资料的利用率不高,而Si芯片的晶圆早现已开展到12寸。具体而言,相同规格的产品,碳化硅器材的整体价格到达硅器材的5-6倍。


高温损耗过大。碳化硅器材尽管能在高温下运转,但其在高温条件下产生的高功率损耗很大程度上限制了其运用,这是与器材开发之初的目的相违反的。


封装技能滞后。现在碳化硅模块所运用的封状技能仍是沿袭硅模块的设计,其可靠性和寿数均无法满足其作业温度的要求。


标签

近期浏览:

友情链接: 宁波威泰能源 浙江鸿声磁材 深圳坤奕半导体
Copyright © 浙江六方碳素科技有限公司主要从事于碳化硅涂层,石墨盘,外延托盘, 欢迎来电咨询!ALL RIGHTS RESERVED 备案号:浙ICP备20008510号-1 主营区域: 全国
热推信息 | 企业分站 | 网站地图 | RSS | XML

浙公网安备 33068102000811号

  • 网站首页
  • 咨询电话
  • 返回顶部