SiC-substrat används ofta i kraftaggregat för elfordon för att maximera deras effektivitet och tillförlitlighet, vilket bidrar till att minska energiförlusterna, förkorta laddningstiderna, spara utrymme i fordonet samt spara vikt. Detta bidrar till att spara utrymme och vikt.
Optisk mikroskopi är en av de mest använda inspektionsteknikerna för kiselkarbidsubstrat. Den skapar bilder av dess yta med både mörkfälts- och ljusfältslägen som avslöjar specifik defektinformation.
Tillverkning
Tillverkning av kiselkarbidsubstrat är en komplicerad och krävande process som kräver expertis och precision. Tillverkarna måste noggrant reglera temperaturgradienter och gasflöden för att undvika kontaminering, och använda bearbetningstekniker efter tillväxt som skivning, slipning, polering och ytbehandling för att garantera kvalitetswafers för den slutliga enhetens prestanda.
Kiselkarbidsubstrat är mångsidiga högpresterande material som används för olika högpresterande applikationer. De är särskilt användbara i kraftelektroniksystem tack vare sin förmåga att klara höga temperaturer och spänningar samtidigt som de har enastående värmeledningsförmåga och hårdhetsegenskaper, vilket gör dem lämpliga för en rad krävande användningsområden som sträcker sig från bilar till system för förnybar energi.
SiC:s höga pris har i flera år hindrat en bredare användning. Enligt marknadsundersökningsföretaget TrendForce bör dock priserna sjunka i takt med att teknikförbättringar och stordriftsfördelar ökar produktionen. Dessutom kommer större substrat att ge lägre chipkostnader per chip och samtidigt hjälpa tillverkarna att nå högre utnyttjandegrad, vilket leder till totala kostnadsminskningar. Poly-SiC-substrat spelar en särskilt viktig roll eftersom de ger högre genomströmning än mono-SiC-substrat i arbetet med att minska kostnaderna.
Tillämpningar
SiC-substrat har fått stor spridning inom en rad olika tillämpningar. Tillverkare av elfordon använder dem för att utveckla mer energieffektiva kraftaggregat som förlänger räckvidden och möjliggör snabbare laddningstider, medan kraftomvandlingsföretag använder dem för att öka effektiviteten i sol- och vindenergisystem. Användningen har ökat tack vare framsteg inom tillverkningsteknik och materialegenskaper.
SiC är idealiskt för batteridrivna enheter, elbilar och system för förnybar energi tack vare sitt breda bandgap som möjliggör drift vid högre spänningar för ökad effektivitet. Dessutom underlättar dess utmärkta värmeledningsförmåga värmeavledning, vilket möjliggör kompakta konstruktioner med lägre kylningskostnader; alla dessa faktorer sammantaget gör SiC till ett utmärkt materialval.
För att dessa enheter ska fungera optimalt krävs dock substrat av hög kvalitet. Höga driftstemperaturer för krafthalvledare kan orsaka termisk stress som leder till mekanisk utmattning och tidiga fel på enheterna - detta problem kan hanteras med hjälp av avancerade förpackningsmaterial med säkra sammankopplingar.
För närvarande expanderar marknaden för 6-tums SiC-substrat snabbt tack vare partnerskap mellan wafertillverkare och företag inom branscher som elfordon och förnybar energi. Dessa partnerskap driver på innovationen samtidigt som de uppmuntrar till en bred användning av SiC-tekniken för olika tillämpningar. Dessutom gör innovationer inom kristalltillväxt och waferprocesser dessa substrat mer kostnadseffektiva så att de kan användas av ett bredare spektrum av företag.
Defekter
Kiselkarbid (SiC) är ett attraktivt material för kraftelektronik på grund av dess höga dielektriska genomslagsmotstånd och breda bandgap. För att minska detta hot måste tillverkarna genomföra rigorösa processkontroller i sina tillverkningsanläggningar samt använda inspektions- och mätverktyg för att övervaka kvalitetssäkringen på de wafers som produceras.
Avancerade tekniker för epitaxial tillväxt revolutionerar kvaliteten på SiC-wafers. Denna metod möjliggör exakt kontroll över dopningsprofilen och tjockleken på de epitaxiala SiC-skikten, vilket är avgörande för att uppnå önskade elektriska egenskaper hos wafers. Dopning, det vill säga att injicera föroreningar i SiC-skikt för att förändra ledningsförmågan, kan antingen ske via jonimplantation eller under själva den epitaxiala tillväxtprocessen; vanligen sker detta via kvävedopningsmedel för elektronrik ledningsförmåga eller aluminium- eller bordopningsmedel för hålrik ledningsförmåga. Typiska dopningsmedel inkluderar kväve för elektronrik konduktivitet medan aluminium- eller bor-dopningsmedel kan förändra konduktiviteten för att producera önskade elektriska egenskaper i wafers.
I takt med att kvaliteten på SiC-wafers förbättras har det blivit allt viktigare att förstå vilka typer av kristalldefekter som finns. Forskarna har använt sig av svepelektronmikroskopi (SEM) för att lokalisera dessa defekter. Dessutom har ytdefekterna delats in i två grupper beroende på stegmorfologin; en etsningsbehandling med smält kaliumhydroxid skapar gropar med olika former beroende på vilken typ av defekt som fanns där den uppstod.
Kostnad
Kostnaderna för kiselkarbidsubstrat är för närvarande det största hindret för tillverkare som hoppas kunna producera högpresterande SiC-enheter, men detta pris kan sänkas genom tillverkningsprocesser som minimerar kristalldefekter och säkerställer materialets enhetlighet, vilket hjälper SiC-enheter att konkurrera hårdare med traditionella tekniker som kisel.
Wafers och substrat av kiselkarbid expanderar snabbt i takt med att efterfrågan på högpresterande SiC-strömförsörjningsenheter ökar. Dessa enheter används ofta i en mängd olika applikationer, t.ex. fordonselektronik och system för förnybar energi, och ger hög temperaturkapacitet, snabb elektronhastighet och utmärkt värmeledningsförmåga samt switchegenskaper med lågt brus - perfekt för högpresterande elektronikapplikationer.
I takt med att efterfrågan på kiselkarbidkomponenter ökar går många tillverkare över till 8-tums wafers som ett viktigt steg i utvecklingen av dessa. Denna övergång markerar en viktig milstolpe i produktionen av SiC-enheter och bör avsevärt minska kostnaderna för enskilda enheter eftersom större wafers ger fler chip samtidigt som avfallet minskar.
8-tums wafers är för närvarande i testproduktion med begränsad tillgänglighet; priserna har dock börjat sjunka i takt med att tillverkarna ökar produktionskapaciteten. Enligt den kinesiska tillverkaren TankeBlue Semiconductor kan en uppgradering från 6-tumssubstrat till 8-tumssubstrat sänka enhetskostnaderna med 50% samtidigt som prestanda och livslängd på enheterna ökar.
Swedish 
English