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傅裏葉紅外光譜儀在第三代Sic半導體應用

發布時間:2020-09-08 15:55:17瀏覽:eyou:arcclick /}

  據權威消息人士透露,我國計劃把大力支持發展第三代半導體產業,寫入正在製定中的“十四五”規劃,計劃在2021-2025年期間,在教育、科研、開發、融資、應用等等各個方麵,大力支持發展第三代半導體產業,以期實現產業獨立自主。當前,以碳化矽為代表的第三代半導體已逐漸受到國內外市場重視,不少半導體廠商已率先入局。不過,量產端麵臨多重挑戰下,第三代半導體材料占比仍然較低。未來政策導入有望加速我國第三代半導體產業發展,以期進一步把握主動。

 

 

第三代半導體材料: SiC的興起與未來

一、Sic:極限功率器件的理想材料

 

SiC 是由矽和碳組成的化合物半導體材料,在熱、化學、機械方麵都非常穩定。C 原子和 Si 原子不同的結合方式使 SiC 擁有多種晶格結構,如4H、6H、3C 等等。4H-SiC 因為其較高的載流子遷移率,能夠提供較高的電流密度,常被用來做功率器件。

SiC 晶圓

SiC 從上個世紀 70 年代開始研發,2001 年 SiC SBD 商用,2010 年 SiCMOSFET 商用,SiC IGBT 還在研發當中。隨著 6 英寸 SiC 單晶襯底和外延晶片的缺陷降低和質量提高,使得 SiC 器件製備能夠在目前現有 6英寸Si基功率器件生長線上進行,這將進一步降低SiC材料和器件成本,推進 SiC 器件和模塊的普及。

 

 

二、Sic產業鏈:歐美占據關鍵位置

SiC 生產過程分為 SiC 單晶生長、外延層生長及器件製造三大步驟,對應的是產業鏈襯底、外延、器件與模組三大環節。

SiC 襯底:SiC 晶體通常用 Lely 法製造,國際主流產品正從 4 英寸向 6 英寸過渡,且已經開發出 8 英寸導電型襯底產品,國內襯底以4 英寸為主。由於現有的 6 英寸的矽晶圓產線可以升級改造用於生產 SiC 器件,所以 6 英寸 SiC 襯底的高市占率將維持較長時間。

SiC 外延:通常用化學氣相沉積(CVD)方法製造,根據不同的摻雜類型,分為 n 型、p 型外延片。國內瀚天天成、東莞天域已能提供 4 寸/6 寸 SiC 外延片。

SiC 器件:國際上 600~1700V SiC SBD、MOSFET 已經實現產業化,主流產品耐壓水平在 1200V 以下,封裝形式以 TO 封裝為主。價格方麵,國際上的 SiC 產品價格是對應 Si 產品的 5~6 倍,正以每年 10%的速度下降,隨著上遊材料器件紛紛擴產上線,未來 2~3年後市場供應加大,價格將進一步下降,預計價格達到對應 Si 產品2~3 倍時,由係統成本減少和性能提升帶來的優勢將推動 SiC 逐步占領 Si 器件的市場空間。

 

 

國內外廠商爭取卡位時間

全球範圍內,半導體大廠紛紛布局,IDM廠商意法半導體購並NorstelAB以及法國Exagan、英飛淩收購Siltectra,以及日商ROHM收購SiCrystal等事件都頗受業界關注。國內方麵,不少廠商圍繞第三代半導體材料爭取卡位時間。海特高新子公司海威華芯建立了國內第一條6英寸砷化镓/氮化镓半導體晶圓生產線。據稱,其技術指標達到國外同行業先進水平,部分產品已經實現量產。賽微電子涉及第三代半導體業務,主要包括GaN(氮化镓)材料的生長與器件的設計。三安光電在長沙設立子公司湖南三安從事碳化矽等化合物第三代半導體的研發及產業化項目,目前項目正處於建設階段。聚燦光電目前產品涉及氮化镓的研發和生產,外延片的技術就是研發氮化镓材料的生長技術,芯片的技術就是研發氮化镓芯片的製作技術。今年8月,露笑科技投資100億建設第三代功率半導體(碳化矽)產業園。露笑科技與合肥市長豐縣人民政府簽署戰略合作框架協議,包括但不限於碳化矽等第三代半導體的研發及產業化項目,包括碳化矽晶體生長、襯底製作、外延生長等的研發生產,項目投資總規模預計100億元。

量產仍是最大挑戰

目前,第三代半導體材料的比重仍然相當低。全球以矽為基礎的半導體材料市場約4500億美元,第三代半導體僅占10億美元。業內人士指出,量產端的困難仍是業界的最大挑戰。目前,碳化矽(SiC)和氮化镓(GaN)較為成熟,並稱為第三代半導體材料的雙雄。氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料的研究則仍處於起步階段。不過,即使是成熟度最高的碳化矽和氮化镓,也在量產環節麵臨諸多困難。氮化镓的難度主要在於在晶格。當前,氮化镓發展瓶頸段仍在基板段,成本昂貴且供應量不足,主要是因為氮化镓長在矽上的晶格不匹配,困難度高。對於碳化矽,長晶的源頭晶種來源純度要求高、取得困難,另外,長晶的時間相當長且長晶過程監測溫度和製程的難度高。碳化矽長一根晶棒需時2周,成果可能僅3公分,也加大了量產的難度。拓墣產業研究院認為,在化合物半導體領域,雖然中國廠商相比國際廠商仍有技術差距,但隨著國家加大支持以及廠商的不斷布局,技術差距將不斷縮小。

 

傅裏葉紅外光譜儀Sic半導體應用

室溫矽材料中碳、氧的定量分析 傅立葉紅外技術可以快速、靈敏、無損地分析矽材料中的碳、氧含量,因此它在矽材料質量控製領域被廣泛接受 和應用。布魯克在這個前沿領域擁有和積累了幾十年的經驗,並結合布魯克VERTEX 係列傅立葉紅外光譜儀推出 了業內最專業和最與時俱進的完整分析方案。 根據ASTM/SEMI MF1391標準,建立了室溫 矽中代位碳原子含量分析方法。 根據ASTM/SEMI MF1188標準,建立了室溫 矽中間隙氧含量分析方法。 可達最低檢出限: < 400ppba 建議的樣品特征: 厚度0.5-2.5 毫米 (最理想:約1.5 毫米) 雙麵拋光 單晶或多晶型

用於超高靈敏度矽材料質量控製分析的頂級分析儀 CryoSAS 是一款獨一無二的低溫矽材料分析儀,可用於太陽 能和電子矽行業的超高靈敏度質量控製。它可以同時定量分 析碳、氧以及淺層雜質(如硼、磷、砷等)。根據ASTM/SEMI標 準,CryoSAS操作簡便,無需液氦等製冷劑。相比於傳統的濕 化學分析法,CryoSAS更為快速、靈敏,並且對樣品沒有任何 損害。

鈍化層分析 鈍化層作為保護層、絕緣層或抗反射層,在半 導體材料中扮演著重要的角色。VERTEX 係列 光譜儀是分析鈍化層的理想工具,它可以實 現快速靈敏的無損分析。 磷矽玻璃(PSG)和硼磷矽玻璃(BPSG)中硼和 磷的定量分析 分析SiN等離子層和Si-O基鈍化層 分析超低K層

厚度分析 VERTEX 係列光譜儀可用於測量半導體層狀結構 中的層厚度,精度極高。此應用是基於對紅外光 在層狀結構中產生的光幹涉效應的分析,可用於 亞微米量級至毫米量級的厚度分析。 用反射或透射實驗分析層厚度。 專用的分析軟件,用於分析複雜的層狀結構。 可選薄膜掃描成像附件,可測量直徑至12”的 矽晶片。


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