Просмотры:0 Автор:山川 Время публикации: 2024-08-29 Происхождение:新型陶瓷
Материалы из карбида кремния в основном включают монокристалл и керамику 2 категории, будь то монокристалл или керамика, материалы из карбида кремния стали одним из ключевых материалов полупроводников, новых энергетических транспортных средств, фотоэлектрических и других трех миллиардов треков. Например:
Что касается монокристалла, то карбид кремния, как наиболее зрелый полупроводниковый материал третьего поколения в настоящее время, можно охарактеризовать как самый горячий полупроводниковый материал за последние годы. Особенно в контексте стратегии «двойного углерода», карбид кремния тесно связан с энергосберегающими и сокращающими выбросы углекислого газа отраслями, такими как новые энергетические транспортные средства, фотоэлектрические системы, накопители энергии и так далее.
В керамике карбид кремния с его превосходной термостойкостью, высокой твердостью, высоким модулем упругости, высокой износостойкостью, высокой теплопроводностью, коррозионной стойкостью и другими свойствами в последние годы стал использоваться в новых энергетических транспортных средствах, полупроводниках, фотоэлектрических и других отраслях промышленности. спрос резко возрос, проникнув глубоко в ключевые звенья производственной цепочки этих развивающихся областей.
Сегодня мы, соответственно, со стороны монокристаллов и керамики, посмотрим, как карбидокремниевые материалы в этих горячих следах являются большим убийством.
Монокристалл/полупроводник
Приходите из ниоткуда, чтобы удовлетворить потребности в производительности кремниевых устройств, которые трудно удовлетворить.
Кремний уже давно является наиболее часто используемым материалом для производства полупроводниковых чипов, и в настоящее время более 90% полупроводниковых продуктов изготавливаются из кремния в качестве подложки. Причина в том, что запасы кремния велики, стоимость относительно низкая, а приготовление относительно простое. Однако применение кремния в области оптоэлектроники и высокочастотных мощных устройств затруднено, а характеристики кремния на высоких частотах плохие, и он не подходит для сценариев применения высокого напряжения. Эти ограничения делают все более трудным для силовых устройств на основе кремния удовлетворение потребностей в высокой мощности и высокочастотной производительности устройств в новых приложениях, таких как новые энергетические транспортные средства и высокоскоростные железные дороги.
В этом контексте в центре внимания оказался карбид кремния. По сравнению с полупроводниковыми материалами первого и второго поколения, SiC обладает рядом превосходных физических и химических свойств, помимо ширины запрещенной зоны, но также имеет высокое электрическое поле пробоя, высокую скорость электронов насыщения, высокую теплопроводность, высокую плотность электронов и высокие подвижные характеристики. Критическое электрическое поле пробоя SiC в 10 раз больше, чем у Si, и в 5 раз больше, чем у GaAs, что улучшает допустимое напряжение, рабочую частоту и плотность тока устройств на основе SiC, а также снижает потери при включении устройств. В сочетании с более высокой теплопроводностью, чем у Cu, устройство не требует дополнительного устройства отвода тепла при использовании, что уменьшает объем всей машины. Кроме того, устройства SiC имеют чрезвычайно низкие потери включения-выключения и могут поддерживать очень хорошие электрические характеристики на очень высоких частотах. Например, переход от трехуровневой схемы на основе устройств Si к двухуровневой схеме на основе SiC позволяет повысить КПД с 96% до 97,6% и снизить энергопотребление до 40%. Таким образом, устройства SiC имеют большие преимущества в сценариях низкого энергопотребления, миниатюризации и высокочастотного применения.
Устройства из карбида кремния стали «пирогом», который преследуют такие горячие направления, как новые энергетические транспортные средства и фотоэлектрические устройства.
(1) Новые энергетические транспортные средства
Материал из карбида кремния может уменьшать и уменьшать объем устройства, а производительность становится все лучше и лучше, поэтому в последние годы производители электромобилей отдают ему предпочтение. Пять лет назад Tesla стала лидером в использовании карбида кремния в инверторе главного привода модели 3, открыв первый карбид кремния «на автомобиле». После этого BYD, Geely, SAIC Volkswagen, NIO и другие автомобильные компании ускорили компоновку, увеличили мощность, увеличив запас хода, добившись сверхбыстрой зарядки, добившись функций V2G и т. д., а непрерывный рост продаж электромобилей также привел к рыночному спросу на силовые устройства из карбида кремния, что вызвало «автомобильное тепло» из карбида кремния, которое продолжается и по сей день.
Кроме того, в автомобильных зарядных устройствах использование карбида кремния может обеспечить более высокую частоту переключения FSW, более высокую эффективность, двустороннюю работу, меньшие по размеру пассивные компоненты, меньший размер системы и более низкую стоимость системы. Таким образом, в настоящее время, в соответствии с характеристиками устройств из карбида кремния и тенденцией развития электромобилей, устройства из карбида кремния или будущие электромобили являются неизбежным выбором.
(2) Железнодорожный транзит
По сравнению с традиционными IGBT на основе кремния, силовые устройства из карбида кремния могут эффективно увеличить частоту переключения и уменьшить потери при переключении, а его высокая частота может еще больше снизить шум, температуру, объем и вес пассивных устройств, улучшить мобильность и гибкость приложения устройств, что является основным направлением развития нового поколения технологии тяговых инверторов. В настоящее время устройства SiC применяются в системах городского железнодорожного транспорта, а поезд 0312 3-й железнодорожной линии Сучжоу является первым проектом тяговой системы с прямым приводом на постоянных магнитах, основанным на технологии преобразователя SiC, в Китае, позволяющим достичь цели 20% экономии энергии тяги. В 2012 году на линии Гинза токийского метрополитена было проведено первое в мире испытание на загрузку устройств SiC. С 2015 года Япония начала применять большое количество SiC-устройств на железнодорожном транспорте, а к 2021 году оно вступило в стадию широкого применения.
Поезд метро с прямым приводом и постоянными магнитами из карбида кремния
(3) производство фотоэлектрической энергии
В приложениях для производства фотоэлектрической энергии стоимость традиционных инверторов на основе кремниевых устройств составляет около 10% стоимости системы, но это один из основных источников потерь энергии в системе. После более чем 40 лет разработок эффективность преобразования и удельная мощность кремниевых устройств приблизились к теоретическим пределам. Использование карбидокремниевых материалов позволяет повысить эффективность преобразования с 96% до более 99%, снизить энергопотребление более чем на 50% и увеличить срок службы оборудования в 50 раз. Например, в струнных инверторах для фотоэлектрических систем в жилых и коммерческих объектах устройства из карбида кремния обеспечивают экономию и производительность на уровне системы. Ведущие компании по производству фотоэлектрических инверторов, такие как Solar Power, применили устройства из карбида кремния в своих серийных инверторах.
(4) Умная сеть
Переключатель мощности из карбида кремния из-за его чрезвычайно низкого сопротивления в открытом состоянии и может применяться при высоком давлении, высокой температуре и высокой частоте, является идеальной заменой устройств на основе кремния, если используется силовой модуль из карбида кремния по сравнению с силовым модулем из карбида кремния. Благодаря использованию кремниевого источника питания потери мощности, вызванные потерями при переключении, могут быть уменьшены более чем в 5 раз, а объем и вес уменьшены на 40%. Это окажет значительное влияние на будущую форму электросети и корректировку энергетической стратегии.
(5) Средства беспроводной связи
Развитие 5G способствовало росту спроса на устройства на основе нитрида галлия, а рыночное пространство стало широким. В микроволновых радиочастотных устройствах усилители мощности напрямую определяют ключевые параметры, такие как расстояние беспроводной связи и качество сигнала между мобильными терминалами и базовыми станциями, а такие функции связи 5G, как высокая частота, высокая скорость и высокая мощность, предъявляют более высокие требования к ее производительности. РЧ-устройства на основе нитрида галлия с карбидом кремния в качестве подложки обладают преимуществами высокой теплопроводности карбида кремния и высокой мощности РЧ-выхода нитрида галлия в высокочастотном диапазоне, а их применение в усилителях мощности может удовлетворить требования связи 5G для обеспечения высокочастотных характеристик и высокая мощность обработки.
Капитальные ставки: карбид кремния в полупроводниковой зиме
В период спада в полупроводниковой промышленности это не мрачный звук, карбид кремния является противоположным примером недомогания. В последние годы рынок капитала был сильно обеспокоен карбидом кремния.
В 2021 году ряд предприятий по производству карбида кремния завоевали расположение инвестиционных институтов и объявили о завершении финансирования, а отрасль также подняла волну финансирования.
2022 год также станет годом инвестиций и финансирования карбида кремния. По неполным статистическим данным, годовой объем инвестиций, финансирования, слияний и поглощений в 2022 году превысил 3,3 миллиарда юаней, а их число достигло более 30. Только в декабре 2022 года было зарегистрировано семь случаев финансирования, в том числе Zhen Drive Technology, основная компания Poly Energy. , Yiwen Technology, Zhanxin Electronics, Nansha Wafer и т. д.
Сразу после первой половины 2023 года объем финансирования предприятий карбида кремния достиг нового максимума за последние три года. В первом квартале этого года в общей сложности 21 финансирование в области карбида кремния, включая эпитаксию, подложку, материалы, оборудование, силовые устройства... Финансирование охватывает почти всю внутреннюю цепочку промышленности карбида кремния. Среди этих 21 предприятий, помимо некоторых предприятий, не раскрыли сумму финансирования, 10 предприятий получили более 100 миллионов юаней финансирования, что составляет около 50% от общей суммы. Среди них крупнейшим финансированием является Tianyu Semiconductor, размер которого составляет 1,2 миллиарда долларов. Во втором квартале этого года было реализовано более 10 проектов финансирования на общую сумму более 5 миллиардов юаней.
Строительство заводов и расширение производства не прекратилось
Данные показывают, что в первой половине года проекты расширения, связанные с карбидом кремния, и ожидаемые капитальные затраты составляют в общей сложности более 100 миллиардов юаней (в пересчете на юани), содержание расширения в основном сосредоточено вокруг подложка, эпитаксия и устройства, а направление применения в основном основано на электромобилях.
В январе этого года немецкая группа Bosch опубликовала в Сучжоу важную новость: инвестируйте еще 1 миллиард долларов в создание основных компонентов транспортных средств на новой энергии, а также в проект научно-исследовательской и производственной базы по автономному вождению, в состав продукции входят силовые модули из карбида кремния. Затем, в апреле, Bosch решила купить производителя полупроводников TSI Semiconductors и инвестировать еще 1,5 миллиарда долларов в расширение производства полупроводников третьего поколения для удовлетворения спроса рынка электромобилей.
В феврале этого года американский производитель полупроводников Wolfspeed официально объявил о планах построить крупнейший в мире и самый современный завод по производству устройств из карбида кремния в Сааре, Германия. Это предприятие станет крупнейшим в мире предприятием по производству восьмидюймовых полупроводников, использующим инновационный производственный процесс для производства устройств из карбида кремния нового поколения.
В то же время, действия по расширению производства карбида кремния в стране не прекратились.
В июне этого года компании SAN 'an Optoelectronics и stmicroelectronics совместно объявили, что обе стороны намерены инвестировать 3,2 миллиарда долларов (около 22,8 миллиарда юаней) в строительство завода по литью 8-дюймовых эпитаксиальных чипов из карбида кремния. В то же время SAN 'an Optoelectronics создаст 8-дюймовый завод по производству подложек из карбида кремния в качестве вспомогательного предприятия с общим объемом инвестиций в 7 миллиардов юаней. Кроме того, о своих новых инвестициях и планах расширения объявили Tianke Heda, Han Tiantian, Tianyue Advanced и другие компании.
Керамический аспект
Керамика, распространенными керамическими материалами являются карбид кремния, оксид алюминия, нитрид кремния и т. д., которые из-за очень высокого модуля упругости, теплопроводности и низкого коэффициента теплового расширения, из-за очень высокого модуля упругости, теплопроводности и низкого коэффициента теплового расширения, не легко производить деформацию напряжения изгиба, термическую деформацию и другие. характеристики, такие как превосходная конструкционная керамика и высокотемпературные материалы, в литиевой, полупроводниковой, фотоэлектрической и других областях находят все больше и больше применений.
Популярный материал для прецизионных компонентов полупроводникового оборудования, такого как литографические машины.
Керамика является ключевым компонентом основного полупроводникового оборудования, такого как травильная машина, проявитель покрытия, литографическая машина, машина ионной имплантации, и ее стоимость составляет более 10% стоимости полупроводникового оборудования. Среди них керамика из карбида кремния широко используется в технологическом оборудовании от передней до задней части производства полупроводников, например, в шлифовальных и полирующих присосках, литографических присосках, детекторных присосках, прецизионных движущихся платформах, деталях из карбида кремния высокой чистоты для травления. звено, системы прецизионного движения в упаковке и звене обнаружения и т. д., что чрезвычайно важно.
(1) В литографической машине
В высокотехнологичных литографических машинах для достижения высокой точности процесса необходимо широко использовать керамические детали с хорошим функциональным составом, структурной стабильностью, термической стабильностью, точностью размеров, такие как электронный патрон, вакуумный патрон, блочный, магнитный патрон. пластина водяного охлаждения со стальной рамой, зеркало, направляющая и т. д. В этом отношении подходит керамика из карбида кремния.
(2) В травильном оборудовании
В травильном оборудовании плазма в результате физического воздействия и химической реакции вызовет серьезную коррозию на поверхности устройства оборудования, с одной стороны, сократит срок службы деталей, снизит производительность оборудования, с другой стороны, продукты реакции, образующиеся в процессе коррозии, улетучиваются и опадают, образуя частицы примесей в технологической камере, влияя на чистоту камеры. Поэтому стойкость к плазменному травлению материалов полости и компонентов полости становится очень важной.
SiC в качестве материала полости травильной машины, по сравнению с кварцем, сам материал производит меньше загрязнения примесями из-за более превосходных механических свойств, при плазменной бомбардировке его атомной поверхности скорость атомных потерь относительно невелика, сообщила компания Mitsui о композитном материале SiC. в качестве материала полости машины для воздушного травления с высокой коррозионной стойкостью.
Что касается компонентов фокусирующего кольца, их роль заключается в обеспечении сбалансированной плазмы, требующей такой же проводимости, как и у кремниевых пластин. Раньше материалом, используемым в основном, был проводящий кремний, но фторсодержащая плазма вступала в реакцию с кремнием с образованием летучего фторида кремния, что значительно сокращало срок его службы, что приводило к частой замене компонентов и снижению эффективности производства. SiC и монокристаллический Si имеют одинаковую проводимость, лучшую устойчивость к плазменному травлению и могут использоваться в качестве материала фокусирующего кольца.
Травильное кольцо SiC, являющееся основным расходным материалом полупроводникового материала при плазменном травлении, требует высокой чистоты. Как правило, для выращивания толстослойных блоков SiC можно использовать только процесс CVD, а затем их подготавливают с помощью прецизионной механической обработки, в основном для подготовки к процессу травления полупроводников.
Печь для обжига карбидокремниевой керамики - «за кадром» спекания литиевых электроматериалов
Поскольку это новая отрасль энергетики, нет необходимости описывать, сколько лития сжигается в настоящее время. Анодный материал литий-ионной батареи, сушка анодного материала и электролита, спекание и термообработка и другие процессы, роликовая печь является ключевым оборудованием непрерывного производства, мебель печи является ключевым аксессуаром печи, ее промышленная переработка в печи используется для поддержки или защиты обожженные изделия из огнеупорных изделий, обусловленные положительным расширением материала, расширилось применение печной мебели. Печь для обжига керамики из карбида кремния с ее превосходными механическими свойствами при высоких температурах, огнестойкостью и термостойкостью, используемая в печи для обжига керамики, может улучшить производственную мощность печи, значительно снизить потребление энергии, стать различными материалами для печи и идеальным выбором материалов для печи.
Фотоэлектрическая промышленность: ключевые автомобильные материалы в процессе производства элементов
Среди керамики из карбида кремния кронштейн для лодки из карбида кремния стал хорошим выбором в качестве ключевых материалов для транспортных средств в процессе производства фотоэлектрических элементов, и его рыночный спрос все больше беспокоит промышленность.
В настоящее время широко используемые кварцевые кронштейны для лодок, коробки для лодок, трубопроводная арматура и т. д. ограничены отечественными и международными источниками кварцевого песка высокой чистоты, небольшими производственными мощностями и на фоне растущего спроса на монокристаллические печи. тигель в верховьях фотоэлектрической промышленности и расходные материалы для кремниевых аккумуляторов в среднем течении, кварцевый песок высокой чистоты имеет характеристики ограниченного спроса и предложения и долгосрочную эксплуатацию по высокой цене. Как устройство, несущее кремний в процессе производства фотоэлектрических элементов, кварцевый носитель имеет стабильные характеристики, но противоречит стандарту выбора расходных материалов с высоким качеством и низкой ценой.
По сравнению с кварцевыми материалами, материалы из карбида кремния, изготовленные из кронштейнов для лодок, ящиков для лодок, трубных изделий и других изделий с хорошей термической стабильностью, использования при высоких температурах без деформации, без вредных осадков загрязняющих веществ, являются отличным альтернативным материалом для кварцевых изделий, срок службы может достигать более 1 года, может значительно сократить использование затрат и потерь на техническое обслуживание и ремонт, вызванных производством, ценовые преимущества очевидны. Как транспортное средство он имеет широкую перспективу применения в фотоэлектрической области.
В настоящее время уровень проникновения фотоэлектрической энергии в крупнейших экономиках мира продолжает расти, что обусловлено национальной политикой и рыночным спросом, при этом стоимость электроэнергии в фотоэлектрической отрасли значительно снижается, производство фотоэлектрической энергии стало самой экономичной энергетикой в мире, по данным МЭА. Согласно прогнозу, в 2020–2030 годах установленная фотоэлектрическая мощность будет расти в среднем на 21% и приблизиться к 5 ТВт. Доля фотоэлектрических систем в мировой установленной мощности увеличится с 9,5% до 33,2%.
Сильный установленный спрос на терминале продолжает стимулировать высокий спрос на аккумуляторные элементы, способствовать росту спроса на замену кронштейнов для лодок из карбида кремния и лодочной коробки в фотоэлектрической промышленности. Ожидается, что к 2025 году полупроводниковая и фотоэлектрическая промышленность с керамикой со структурой из карбида кремния составит 62%, из которых Фотоэлектрическая промышленность с керамикой со структурой карбида кремния вырастет с 6% до 26% в 2022 году, став самой быстрорастущей областью.
Краткое содержание
Мы видим, что материал карбида кремния, будь то монокристаллический материал или керамический материал, занял очень важное место в производственной цепочке полупроводников, литиевых батарей, фотоэлектрических и других наиболее популярных сегодня отраслей, и его три отрасли более чем 100 миллиардов рыночных масштабов, и эти отрасли растут с высокой скоростью, можно предсказать, что материал из карбида кремния завтра будет хорошим.
