جزئیات وبلاگ

با توجه به رشد سریع خودروهای برقی، سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر و فناوری‌های ارتباطی نسل بعدی، صنعت زیرلایه‌های سیلیکون کاربید (SiC) وارد دوره توسعه شتاب‌یافته شده است. SiC به عنوان یک ماده اصلی در نیمه‌رساناهای پهن‌باند، عملکرد دستگاه‌های با دمای بالا، ولتاژ بالا و فرکانس بالا را فراتر از محدودیت‌های سیلیکون سنتی امکان‌پذیر می‌کند. با افزایش ظرفیت تولید، بازار به سمت پذیرش گسترده‌تر، کاهش هزینه‌ها و بهبود مستمر فناوری حرکت می‌کند.

1. مروری بر زیرلایه‌های سیلیکون کاربید

1.1 خواص سیلیکون کاربید

سیلیکون کاربید (SiC) یک ترکیب مصنوعی متشکل از سیلیکون و کربن است. این ماده دارای نقطه ذوب بسیار بالا (~2700 درجه سانتی‌گراد)، سختی دوم پس از الماس، هدایت حرارتی بالا، شکاف باند وسیع، میدان الکتریکی شکست بالا و سرعت رانش اشباع الکترون سریع است. این ویژگی‌ها SiC را به یکی از مهم‌ترین مواد برای الکترونیک قدرت و کاربردهای RF تبدیل می‌کند.

1.2 انواع زیرلایه‌های SiC

زیرلایه‌های SiC بر اساس مقاومت الکتریکی طبقه‌بندی می‌شوند:

• زیرلایه‌های نیمه‌عایق (≥10⁵ Ω·cm)، که برای دستگاه‌های GaN-on-SiC RF در ارتباطات 5G، رادار و الکترونیک با فرکانس بالا استفاده می‌شوند.

• زیرلایه‌های رسانا (15–30 mΩ·cm)، که برای ویفرهای اپی‌تاکسیال SiC در دستگاه‌های قدرت برای خودروهای برقی، انرژی تجدیدپذیر، ماژول‌های صنعتی و حمل‌ونقل ریلی استفاده می‌شوند.

2. زنجیره صنعت مواد SiC

زنجیره ارزش SiC شامل سنتز مواد اولیه، رشد کریستال، ماشین‌کاری شمش، برش ویفر، سنگ‌زنی، پولیش، رشد اپی‌تاکسیال، ساخت دستگاه و کاربردهای پایین‌دستی است. در میان این مراحل، تولید زیرلایه دارای بالاترین موانع فنی و سهم هزینه است که تقریباً 46٪ از کل هزینه دستگاه را تشکیل می‌دهد.

زیرلایه‌های نیمه‌عایق از کاربردهای RF با فرکانس بالا پشتیبانی می‌کنند، در حالی که زیرلایه‌های رسانا به بازارهای دستگاه‌های با قدرت بالا و ولتاژ بالا خدمت می‌کنند.

3. فرآیند تولید زیرلایه SiC

تولید زیرلایه SiC به ده‌ها مرحله با دقت بالا برای کنترل نقص‌ها، خلوص و یکنواختی نیاز دارد.

3.1 سنتز مواد اولیه

پودرهای سیلیکون و کربن با خلوص بالا مخلوط شده و در دماهای بالای 2000 درجه سانتی‌گراد واکنش می‌دهند تا پودر SiC با فازهای کریستالی کنترل‌شده و سطوح ناخالصی ایجاد شود.

3.2 رشد کریستال

رشد کریستال مهم‌ترین مرحله‌ای است که بر کیفیت زیرلایه تأثیر می‌گذارد. روش‌های اصلی عبارتند از:

• PVT (انتقال بخار فیزیکی): روش اصلی صنعتی که در آن پودر SiC تصعید شده و روی یک کریستال دانه دوباره متبلور می‌شود.

• HTCVD (CVD با دمای بالا): خلوص بالاتر و سطوح نقص کمتر را امکان‌پذیر می‌کند، اما به تجهیزات پیچیده‌تری نیاز دارد.

• LPE (اپی‌تاکسی فاز مایع): قادر به تولید کریستال‌های با نقص کم است، اما هزینه بالاتری دارد و مقیاس‌بندی آن پیچیده‌تر است.

3.3 پردازش شمش

کریستال رشد یافته جهت‌دهی، شکل‌دهی و به شمش‌های استاندارد تبدیل می‌شود.

3.4 ویفرسازی

اره‌های سیم الماسی شمش را به ویفرها برش می‌دهند که تحت بازرسی تاب، کمانش و TTV قرار می‌گیرند.

3.5 سنگ‌زنی و پولیش

فرآیندهای مکانیکی و شیمیایی سطح را نازک می‌کنند، آسیب را از بین می‌برند و به صافی در سطح نانومتر می‌رسند.

3.6 تمیز کردن نهایی

روش‌های فوق‌العاده تمیز ذرات، یون‌های فلزی و آلاینده‌های آلی را از بین می‌برند و زیرلایه SiC نهایی را تولید می‌کنند.

4. چشم‌انداز بازار جهانی

تحقیقات صنعت نشان می‌دهد که بازار جهانی زیرلایه SiC در سال 2022 به حدود 754 میلیون دلار رسیده است که نشان‌دهنده رشد 27.8 درصدی سالانه است. انتظار می‌رود این بازار تا سال 2025 به 1.6 میلیارد دلار برسد.

زیرلایه‌های رسانا حدود 68٪ از تقاضا را به خود اختصاص می‌دهند که توسط خودروهای برقی و انرژی تجدیدپذیر هدایت می‌شود. زیرلایه‌های نیمه‌عایق حدود 32٪ را تشکیل می‌دهند که توسط 5G و کاربردهای با فرکانس بالا هدایت می‌شوند.

5. چشم‌انداز رقابتی

این صنعت دارای آستانه‌های فنی بالایی است، از جمله چرخه‌های تحقیق و توسعه طولانی، کنترل نقص کریستال و الزامات تجهیزات پیشرفته. در حالی که تامین‌کنندگان جهانی در حال حاضر موقعیت‌های قوی در زیرلایه‌های رسانا دارند، تولیدکنندگان داخلی به سرعت در حال بهبود کیفیت رشد کریستال، کنترل چگالی نقص و قابلیت‌های قطر بزرگ هستند. رقابت‌پذیری هزینه به طور فزاینده‌ای به بهبود بازده و مقیاس تولید بستگی خواهد داشت.

6. روند توسعه آینده

6.1 قطرهای بزرگتر زیرلایه

انتقال به ویفرهای با قطر بزرگ برای کاهش هزینه هر دستگاه و افزایش تولید ضروری است.

• زیرلایه‌های نیمه‌عایق از 4 اینچ به 6 اینچ در حال حرکت هستند.

• زیرلایه‌های رسانا از 6 اینچ به 8 اینچ در حال مهاجرت هستند.

6.2 چگالی نقص کمتر

کاهش میکروپیپ‌ها، نابه‌جایی‌های صفحه پایه و خطاهای انباشتگی برای دستیابی به تولید دستگاه با بازده بالا ضروری است.

6.3 کاهش هزینه از طریق مقیاس

با رسیدن تولیدکنندگان بیشتر به تولید در مقیاس صنعتی، مزایای هزینه و ثبات عرضه، پذیرش جهانی دستگاه‌های SiC را تسریع خواهد کرد.

6.4 تقاضا ناشی از برقی‌سازی و سیستم‌های با قدرت بالا

شتاب رشد قوی از خودروهای برقی، زیرساخت‌های شارژ سریع، فتوولتائیک، سیستم‌های ذخیره انرژی، ماژول‌های قدرت صنعتی و سیستم‌های ارتباطی پیشرفته ناشی می‌شود.

نتیجه

صنعت زیرلایه سیلیکون کاربید وارد یک پنجره استراتژیک از رشد می‌شود که با کاربردهای در حال گسترش، پیشرفت سریع فناوری و افزایش مقیاس تولید مشخص می‌شود. با افزایش اندازه ویفرها و بهبود کیفیت کریستال، SiC نقش فزاینده‌ای در برقی‌سازی جهانی و سیستم‌های تبدیل توان ایفا خواهد کرد. تولیدکنندگانی که در کنترل نقص، بهینه‌سازی بازده و فناوری قطر بزرگ پیشرو هستند، مرحله بعدی فرصت‌های بازار را به دست خواهند آورد.