傅里叶红外光谱仪Sic半导体应用
sic是由硅和碳组成的化合物半导体材料,在热、化学、机械方面都非常稳定。c原子和si原子不同的结合方式使sic拥有多种晶格结构,如4h、6h、3c等等。4h-sic因为其较高的载流子迁移率,能够提供较高的电流密度,常被用来做功率器件。
sic晶圆
sic从上个世纪70年代开始研发,2001年sicsbd商用,2010年sicmosfet商用,sicigbt还在研发当中。随着6英寸sic单晶衬底和外延晶片的缺陷降低和质量提高,使得sic器件制备能够在目前现有6英寸si基功率器件生长线上进行,这将进一步降低sic材料和器件成本,推进sic器件和模块的普及。
sic器件相对于si器件的优势主要来自三个方面:降低电能转换过程中的能量损耗、更容易实现小型化、更耐高温高压。
降低能量损耗。sic材料开关损耗极低,全sic功率模块的开关损耗大大低于同等igbt模块的开关损耗,而且开关频率越高,与igbt模块之间的损耗差越大,这就意味着对于igbt模块不擅长的高速开关工作,全sic功率模块不仅可以大幅降低损耗还可以实现高速开关。
低阻值使得更易实现小型化。sic材料具备更低的通态电阻,阻值相同的情况下可以缩小芯片的面积,sic功率模块的尺寸可达到仅为si的1/10左右。
更耐高温。sic的禁带宽度3.23ev,相应的本征温度可高达800摄氏度,承受的温度相对si更高;sic材料拥有3.7w/cm/k的热导率,而硅材料的热导率仅有1.5w/cm/k,更高的热导率可以带来功率密度的显著提升,同时散热系统的设计更简单,或者直接采用自然冷却。
sic产业链:欧美占据关键位置
sic生产过程分为sic单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤,对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。
sic衬底:sic晶体通常用lely法制造,国际主流产品正从4英寸向6英寸过渡,且已经开发出8英寸导电型衬底产品,国内衬底以4英寸为主。由于现有的6英寸的硅晶圆产线可以升级改造用于生产sic器件,所以6英寸sic衬底的高***将维持较长时间。
sic外延:通常用化学气相沉积(cvd)方法制造,根据不同的掺杂类型,分为n型、p型外延片。国内瀚天天成、东莞天域已能提供4寸/6寸sic外延片。
sic器件:国际上600~1700vsicsbd、mosfet已经实现产业化,主流产品耐压水平在1200v以下,封装形式以to封装为主。价格方面,国际上的sic产品价格是对应si产品的5~6倍,正以每年10%的速度下降,随着上游材料器件纷纷扩产上线,未来2~3年后市场供应加大,价格将进一步下降,预计价格达到对应si产品2~3倍时,由系统成本减少和性能提升带来的优势将推动sic逐步占领si器件的市场空间。
sic市场:汽车是**驱动力
sic器件正在广泛地被应用在电力电子领域中,典型市场包括轨交、功率因数校正电源(pfc)、风电(wind)、光伏(pv)、新能源汽车(ev/hev)、充电桩、不间断电源(ups)等。根据yole的预测,2017~2023年,sic功率器件市场将以每年31%的复合增长率增长,2023年将超过15亿美元;而sic***cree则更为乐观,其预计短期到2022年,sic在电动车用市场空间将快速成长到24亿美元,是2017年车用sic整体收入(700万美元)的342倍。
sic是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一,技术也已经趋于成熟,令其成为实现新能源汽车最*性能的理想选择。与传统解决方案相比,基于sic的解决方案使系统效率更高、重量更轻及结构更加紧凑。目前sic器件在ev/hev上应用主要是功率控制单元、逆变器、dc-dc转换器、车载充电器等方面。
傅里叶红外光谱仪sic半导体应用
室温硅材料中碳、氧的定量分析 傅立叶红外技术可以快速、灵敏、无损地分析硅材料中的碳、氧含量,因此它在硅材料质量控制领域被广泛接受 和应用。布鲁克在这个前沿领域拥有和积累了几十年的经验,并结合布鲁克vertex 系列傅立叶红外光谱仪推出 了业内专业和最与时俱进的完整分析方案。根据astm/semi mf1391标准,建立了室温 硅中代位碳原子含量分析方法。根据astm/semi mf1188标准,建立了室温 硅中间隙氧含量分析方法。可达检出限: < 400ppba 建议的样品特征: 厚度0.5-2.5 毫米 (约1.5 毫米) 双面抛光、单晶或多晶型。
用于超高灵敏度硅材料质量控制分析的分析仪 cryosas 是一款低温硅材料分析仪,可用于太阳 能和电子硅行业的超高灵敏度质量控制。它可以同时定量分 析碳、氧以及浅层杂质(如硼、磷、砷等)。根据astm/semi标 准,cryosas操作简便,无需液氦等制冷剂。相比于传统的湿 化学分析法,cryosas更为快速、灵敏,并且对样品没有任何损害。
钝化层分析:钝化层作为保护层、绝缘层或抗反射层,在半 导体材料中扮演着重要的角色。vertex 系列 光谱仪是分析钝化层的理想工具,它可以实 现快速灵敏的无损分析。磷硅玻璃(psg)和硼磷硅玻璃(bpsg)中硼和磷的定量分析 分析sin等离子层和si-o基钝化层 分析超低k层。
厚度分析:vertex 系列光谱仪可用于测量半导体层状结构中的层厚度,精度极*。此应用是基于对红外光在层状结构中产生的光干涉效应的分析,可用于亚微米量级至毫米量级的厚度分析。用反射或透射实验分析层厚度。专用的分析软件,用于分析复杂的层状结构。可选薄膜扫描成像附件,可测量直径至12”的硅晶片。
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降低能量损耗。sic材料开关损耗极低,全sic功率模块的开关损耗大大低于同等igbt模块的开关损耗,而且开关频率越高,与igbt模块之间的损耗差越大,这就意味着对于igbt模块不擅长的高速开关工作,全sic功率模块不仅可以大幅降低损耗还可以实现高速开关。
低阻值使得更易实现小型化。sic材料具备更低的通态电阻,阻值相同的情况下可以缩小芯片的面积,sic功率模块的尺寸可达到仅为si的1/10左右。
更耐高温。sic的禁带宽度3.23ev,相应的本征温度可高达800摄氏度,承受的温度相对si更高;sic材料拥有3.7w/cm/k的热导率,而硅材料的热导率仅有1.5w/cm/k,更高的热导率可以带来功率密度的显著提升,同时散热系统的设计更简单,或者直接采用自然冷却。
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sic生产过程分为sic单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤,对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。
sic衬底:sic晶体通常用lely法制造,国际主流产品正从4英寸向6英寸过渡,且已经开发出8英寸导电型衬底产品,国内衬底以4英寸为主。由于现有的6英寸的硅晶圆产线可以升级改造用于生产sic器件,所以6英寸sic衬底的高***将维持较长时间。
sic外延:通常用化学气相沉积(cvd)方法制造,根据不同的掺杂类型,分为n型、p型外延片。国内瀚天天成、东莞天域已能提供4寸/6寸sic外延片。
sic器件:国际上600~1700vsicsbd、mosfet已经实现产业化,主流产品耐压水平在1200v以下,封装形式以to封装为主。价格方面,国际上的sic产品价格是对应si产品的5~6倍,正以每年10%的速度下降,随着上游材料器件纷纷扩产上线,未来2~3年后市场供应加大,价格将进一步下降,预计价格达到对应si产品2~3倍时,由系统成本减少和性能提升带来的优势将推动sic逐步占领si器件的市场空间。
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sic是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一,技术也已经趋于成熟,令其成为实现新能源汽车最*性能的理想选择。与传统解决方案相比,基于sic的解决方案使系统效率更高、重量更轻及结构更加紧凑。目前sic器件在ev/hev上应用主要是功率控制单元、逆变器、dc-dc转换器、车载充电器等方面。
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