از 4 اینچ تا 8 اینچ: یک دهه رشد نیمه هادی SiC

در سال 2013، صنعت این سوال را مطرح کرد که آیا اصلاً می توان کاربید سیلیکون را تجاری کرد؟ ده سال بعد، SiC به خودروهای برقی و انرژی‌های تجدیدپذیر نیرو می‌دهد - و رقابت واقعی به سمت مواد، تجهیزات و بازده تولید تغییر کرده است. در یک دهه، ویفرهای SiC از 4 اینچ به 8 اینچ رشد کردند، زیرا تجهیزات اپیتاکسی به صورت مرحله ای پیشرفت کردند. فراتر از خود ویفر، پوشش‌های CVD SiC، پوشش‌های جامد CVD SiC، و پوشش‌های TaC اکنون تجهیزات مقاوم در برابر خوردگی و دمای بالا را به طور قابل اعتمادی کار می‌کنند. VETEK Semiconductor هر سه راه حل مواد را برای تولید SiC مقیاس شده عرضه می کند.

دهه دگرگونی SiC: از مواد آزمایشگاهی تا نیمه هادی اصلی قدرت

SiC از یک ماده آزمایشگاهی امیدوارکننده در سال 2013 به یک فناوری اصلی که زیربنای خودروهای برقی، الکترونیک قدرت و تبدیل انرژی است، تبدیل شده است - و تمرکز صنعت از اثبات این فناوری به تسلط بر تولید در مقیاس تغییر کرده است.

جدول زیر چگونگی تغییر اولویت های صنعت SiC را در دهه گذشته خلاصه می کند.

2013 در مقابل امروز: چگونه تمرکز صنعت SiC تغییر کرده است

چالش اصلی تجاری سازی SiC: فناوری Epitaxy

تجهیزات Epitaxy همیشه گلوگاه فنی برای تجاری سازی SiC بوده است – پیشرفت صنعت را می توان مستقیماً از طریق تکامل راکتورهای epitaxy، از پلت فرم های اولیه 6 اینچی تا سیستم های 150mm/200mm خودکار امروزی، ردیابی کرد.

در سال 2013، تجاری سازی SiC در حال سرعت گرفتن بود و سازندگان تجهیزات عمدتاً در مورد قابلیت epitaxy SiC 6 اینچی (150 میلی متر) رقابت می کردند. Semiconductor Today در آن زمان در مورد چندین سیستم نماینده گزارش داد:

نمایندگی SiC Epitaxy Equipment، 2013

این سیستم های اولیه برای حل چهار مشکل طراحی شده اند: دستیابی به اپیتاکسی SiC 6 اینچی، بهبود یکنواختی لایه همپایی، کاهش تراکم نقص، و رفع نیازهای اولیه تجاری سازی دستگاه های برقی.

با پذیرش EV، زیرساخت شارژ EV، سیستم‌های ذخیره‌سازی خورشیدی پلاس، و بازارهای برق صنعتی به سرعت گسترش یافتند، تقاضا برای دستگاه‌های SiC بر این اساس افزایش یافت - و تجهیزات epitaxy از پلت‌فرم‌های تحقیق و توسعه دسته‌ای کوچک به سیستم‌های نسل بعدی ساخته‌شده برای تولید در مقیاس بزرگ تبدیل شدند. پلتفرم های نمایندگی امروز عبارتند از:

نماینده SiC Epitaxy Equipment، امروز

از 4 اینچ تا 8 اینچ: چگونه پوسته پوسته شدن ویفر هزینه را کاهش می دهد و خروجی را افزایش می دهد

هر پله افزایش در قطر ویفر SiC - از 4 اینچ به 6 اینچ و اکنون به 8 اینچ - برای افزایش خروجی هر ویفر و کاهش هزینه تولید وجود دارد، و صنعت اکنون در میانه انتقال 6 اینچ به 8 اینچ است.

در سال 2013، صنعت SiC برای انتقال ویفرهای 4 اینچی به 6 اینچی تلاش می کرد. شرکت‌هایی از جمله Cree، Dow Corning، Showa Denko و Norstel همگی در حال گسترش بستر 6 اینچی SiC و ظرفیت epitaxy خود در آن زمان بودند. هدف انتقال به ویفرهای بزرگتر ساده بود: افزایش تولید در هر ویفر، کاهش هزینه تولید و بهبود مقیاس پذیری در سطح صنعت.

با گذشت بیش از یک دهه، همین منطق اکنون باعث تغییر از 6 اینچ به 8 اینچ شده است. GlobalWafers، سومین تولیدکننده بزرگ ویفر سیلیکونی در جهان، اعلام کرده است که تولید ویفر 8 اینچی SiC در سطح صنعت در طول سال‌های 2025 تا 2026 به شدت افزایش خواهد یافت - انتقالی که تنها دو سال قبل غیرواقعی تلقی می‌شد (GlobalWafers، 2023). Onsemi و Resonac نیز سال 2025 را برای واجد شرایط بودن و افزایش سطح زیرلایه‌های SiC 8 اینچی و ویفرهای همپایه هدف قرار داده‌اند (Compound Semiconductor News، 2024).

وقتی ویفرهای SiC بزرگتر می شوند چه چیزی تغییر می کند

با افزایش قطر و کیفیت ویفر، مواد و اجزای تجهیزات مورد استفاده در طول فرآیند تولید به اندازه خود ویفرها برای پیشرفت SiC تعیین کننده شده اند.

فراتر از ویفر: چرا اجزای تجهیزات به اندازه تراشه های SiC اهمیت دارند

ویفرهای SiC، ماسفت‌ها و ماژول‌های قدرت بیشتر توجه را به خود جلب می‌کنند، اما اجزای تجهیزات داخل راکتورهای اپیتاکسی و رشد کریستال با شرایط به همان اندازه سخت مواجه هستند - و گرافیت سنتی دیگر به تنهایی برای برآورده کردن نیازهای امروزی کافی نیست.

بحث‌های صنعت SiC روی سه چیز متمرکز است: ویفرهای SiC، ماسفت‌های SiC و ماژول‌های قدرت. در عمل، اجزای تجهیزات مورد استفاده برای ساخت آنها به همان اندازه مهم هستند. در داخل راکتورهای اپیتاکسی، کوره های رشد کریستال و سایر فرآیندهای نیمه هادی با دمای بالا، اجزای داخلی باید مقاومت کنند:

• محیط های با دمای فوق العاده بالا

• گازهای فرآیند خورنده مانند H2 و HCl

• الزامات تمیزی دقیق برای جلوگیری از آلوده شدن ویفر

گرافیت سنتی عملکرد حرارتی قوی را ارائه می دهد، اما در استفاده طولانی مدت مستعد خوردگی سطح، تولید ذرات و کاهش عمر مفید است - که همه اینها مستقیماً عملکرد ویفر و ثبات فرآیند را تهدید می کند. این شکافی است که فناوری پوشش CVD SiC به‌طور فزاینده‌ای برای رفع آن گام برداشته است.

پوشش CVD SiC: فناوری پشت تجهیزات قابل اطمینان در دمای بالا

اپیتاکسی SiC و پوشش SiC دو فناوری متمایز هستند که اهداف متفاوتی را انجام می دهند - اپیتاکسی خود مواد نیمه هادی را می سازد، در حالی که پوشش CVD SiC از تجهیزاتی که آن را تولید می کند محافظت می کند.

اپیتاکسی SiC برای تولید مواد نیمه هادی استفاده می شود. در مقابل، پوشش SiC CVD، در درجه اول برای اجزای داخلی حیاتی تجهیزات نیمه هادی اعمال می شود تا مقاومت آنها در برابر دمای بالا و خوردگی را بهبود بخشد.

SiC Epitaxy در مقابل پوشش SiC: دو تکنولوژی مختلف 

کامپوزیت گرافیت + SiC چگونه کار می کند

اجزای گرافیتی با پوشش CVD SiC اکنون به طور گسترده در تجهیزات اپیتاکسی SiC، تجهیزات MOCVD، تجهیزات اپیتاکسی LED و تجهیزات تصفیه حرارتی RTP/RTA استفاده می شود. رسوب یک لایه SiC متراکم بر روی گرافیت با خلوص بالا، نقاط قوت هر دو ماده را ترکیب می کند:

چرا گرافیت + SiC به عنوان یک کامپوزیت کار می کند؟

راه حل های پیشرفته مواد SiC نیمه هادی VETEK

همانطور که نیمه هادی های نسل سوم همچنان در حال گسترش هستند، نیمه هادی VETEK سه راه حل مواد مکمل - گرافیت پوشش داده شده CVD SiC، پوشش های جامد CVD SiC و TaC - ارائه می دهد که برای نیازهای حرارتی و شیمیایی خاص تجهیزات تولید SiC مهندسی شده اند.

اجزای گرافیتی با پوشش سی سی سی سی وی دی

اجزای گرافیت با پوشش CVD SiC VETEK در گیره‌های اپیتاکسی SiC، حامل‌های MOCVD، حامل‌های ویفر، اجزای نیمه‌ماه و اجزای حرارتی نیمه‌رسانا استفاده می‌شوند.

• پوشش SiC با خلوص بالا

• یکنواختی حرارتی عالی

• پایداری در دمای بالا

• مقاومت در برابر خوردگی قوی

اجزای گرافیتی با روکش VETEK CVD SiC برای اپیتاکسی SiC، MOCVD و کاربردهای حرارتی نیمه هادی.

اجزای جامد CVD SiC

برای فرآیندهای پیشرفته اچ و در دمای بالا، Solid CVD SiC درجه بالاتری از عملکرد مواد را ارائه می دهد. کاربردهای معمولی عبارتند از حلقه های فوکوس، اجزای RTP/EPI و اجزای فرآیند پلاسما.

• ساختار متراکم و غیر متخلخل

• تولید ذرات بسیار کم

• مقاومت پلاسما عالی

• عمر طولانی

حلقه های فوکوس CVD SiC جامد و پلاسمااجزای پردازش برای برنامه های پیشرفته اچ و RTP/EPI.

محلول های پوشش TaC

همانطور که دمای رشد کریستال SiC همچنان در حال افزایش است، پوشش‌های کاربید تانتالم (TaC) به یک ماده مهم برای میدان‌های حرارتی فوق‌العاده با دمای بالا تبدیل شده‌اند. TaC پایداری دمایی بالاتر، مقاومت در برابر اکسیداسیون عالی و پایداری شیمیایی فوق‌العاده را ارائه می‌کند - مناسب برای تجهیزات رشد کریستال SiC، اجزای میدان حرارتی با دمای بالا، و محیط‌های تولید نیمه‌رساناهای نسل سوم.

اجزای منطقه داغ با پوشش TaC که برای رشد کریستال SiC در دمای فوق العاده بالا مهندسی شده اند.

این سه خط تولید با هم به نیازهای مختلف حرارتی و شیمیایی موجود در زنجیره تولید SiC می‌پردازند:

سه راه حل مواد SiC VETEK در یک نگاه

سوالات متداول

1. تفاوت بین اپیتاکسی SiC و پوشش SiC چیست؟

اپیتاکسی SiC یک لایه کاربید سیلیکون کریستالی را برای ساخت ویفرها و دستگاه های نیمه هادی رشد می دهد. پوشش SiC (CVD SiC) یک لایه نازک و متراکم SiC را بر روی گرافیت یا سایر بسترها قرار می دهد تا از اجزای تجهیزات در برابر گرما و خوردگی محافظت کند. آنها اهداف مختلفی را در یک زنجیره تولید انجام می دهند.

2. چرا گرافیت به جای استفاده به تنهایی با SiC پوشانده می شود؟

گرافیت لخت دارای رسانایی و پایداری حرارتی عالی است، اما وقتی در معرض دماهای بالا و گازهایی مانند H2 و HCl در طول زمان قرار می گیرد، خورده و ذرات تولید می کند. پوشش متراکم CVD SiC سختی، مقاومت شیمیایی و پایداری در دمای بالا را در عین حفظ عملکرد گرمایی گرافیت اضافه می کند.

3. Solid CVD SiC برای چه مواردی استفاده می شود؟

جامد CVD SiC یک ماده کاربید سیلیکون کاملاً متراکم و غیر متخلخل است که در فرآیندهای اچ پیشرفته و دمای بالا، از جمله حلقه‌های فوکوس، اجزای RTP/EPI و قطعات فرآیند پلاسما استفاده می‌شود - برنامه‌هایی که به تولید ذرات بسیار کم و عمر طولانی نیاز دارند.

4. چرا رشد کریستال SiC به پوشش های TaC نیاز دارد؟

همانطور که فرآیندهای رشد کریستال SiC به سمت دماهای بالاتر پیش می رود، اجزای منطقه گرم به موادی نیاز دارند که در برابر اکسیداسیون مقاومت کرده و تحت گرمای شدید از نظر شیمیایی پایدار بمانند. پوشش‌های TaC پایداری دمایی بالاتری نسبت به گرافیت به تنهایی ارائه می‌کنند و آنها را برای کوره‌های رشد کریستال SiC و اجزای میدان حرارتی با دمای بالا مناسب می‌سازد.

5. چرا صنعت از ویفرهای SiC 6 اینچی به 8 اینچی می رود؟

ویفرهای بزرگتر تعداد قالب‌ها را در هر ویفر افزایش می‌دهند، که هزینه ساخت هر تراشه را کاهش می‌دهد و مقیاس‌پذیری را بهبود می‌بخشد. سازندگان ویفر و سازندگان تراشه اکنون بسترهای SiC 8 اینچی و ویفرهای همپایه را برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد خودروهای الکتریکی، انرژی های تجدیدپذیر و الکترونیک قدرت صنعتی واجد شرایط می دانند.

خلاصه: SiC Manufacturing وارد عصر رقابت قابلیت فرآیند شده است

سوال تعیین کننده صنعت SiC تغییر کرده است - از اینکه آیا این ماده می تواند تجاری شود، تا اینکه چقدر کارآمد، تمیز و پایدار می تواند در مقیاس تولید شود.

در سال 2013، سوال اصلی صنعت این بود که آیا SiC اصلاً می‌تواند تجاری شود؟ امروزه، بیش از یک دهه بعد، این سوال مطرح شده است: چگونه می توان محصولات SiC را با راندمان بالاتر، نقص های کمتر و پایداری بیشتر تولید کرد؟

همانطور که صنعت SiC به گسترش خود ادامه می دهد، قطر ویفرهای بزرگتر، فناوری اپیتاکسی ارتقا یافته و تجهیزات تولید بهینه شده جهت های اصلی توسعه صنعت باقی می مانند. در همان زمان، پوشش‌های CVD SiC با خلوص بالا، مواد جامد CVD SiC و TaC در حال تبدیل شدن به فناوری‌های کلیدی برای تضمین پایداری تولید نیمه‌رسانا هستند.

نیمه هادی VETEK همچنان بر مواد نیمه هادی پیشرفته متمرکز است و راه حل های مواد قابل اعتمادی را برای اپیتاکسی SiC، رشد کریستال و تولید نیمه هادی در دمای بالا ارائه می دهد - از نسل بعدی صنعت نیمه هادی پشتیبانی می کند.

درباره نیمه هادی VETEK

VETEK Semiconductor طراحی و تولید گرافیت با پوشش CVD SiC، اجزای پوشش جامد CVD SiC و TaC برای اپیتاکسی SiC، MOCVD، رشد کریستال و تجهیزات نیمه هادی با دمای بالا می باشد. این مقاله توسط تیم مهندسی مواد VETEK تهیه شده است که بر اساس گزارش های صنعتی از Semiconductor Today و تحلیل بازار ویفر SiC فعلی است و تجربه مستقیم VETEK را در تامین قطعات در خطوط تولید SiC منعکس می کند.

منابع مرجع: Semiconductor Today (ویژگی صنعت 2013)؛ بیانیه های عمومی GlobalWafers (2023)؛ اخبار نیمه هادی مرکب (2024); تجزیه و تحلیل قیمت ویفر Patsnap Eureka SiC (2025). ارقام و مشخصات تجهیزات برای محصولات VETEK بر اساس اسناد داخلی محصول است.