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 с появлением новых энергетических транспортных средств, полупроводников, фотоэлектрических и других отраслей промышленности, которые взлетают и спрос разразился, глубоко проник в ключевые звенья производственной цепочки этих новых областей.
Сегодня мы, соответственно, со стороны монокристаллов и керамики, посмотрим, как карбидокремниевые материалы в этих горячих следах являются большим убийством.
Приходите из ниоткуда, чтобы удовлетворить трудновыполнимые потребности в производительности кремниевых устройств.
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 характеристики подвижности. 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.
(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, улучшили запас хода, добились сверхбыстрой зарядки, достигли функций V2G и т. д., а непрерывный рост продаж электромобилей также привел к рыночному спросу на силовые устройства из карбида кремния, вызвав карбидокремниевый «автомобильный нагрев», который 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 приложений устройств, что является основным направлением развития технологии тяговых инверторов нового поколения. 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 Гиндза 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
Силовой переключатель из карбида кремния из-за его чрезвычайно низкого сопротивления в открытом состоянии и может применяться при высоком давлении, высокой температуре и высокой частоте. Он является идеальной заменой устройств на основе кремния. Если использование силового модуля из карбида кремния по сравнению с использованием 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 существенное влияние на будущую форму энергосистемы и корректировку энергетической стратегии.
(5) Средства беспроводной связи
Развитие 5G способствовало росту спроса на устройства на основе нитрида галлия, а рыночное пространство широкое. 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. Радиочастотные устройства на основе нитрида галлия с карбидом кремния в качестве подложки обладают преимуществами высокой теплопроводности карбида кремния и высокой мощности радиочастотного выхода нитрида галлия в высокочастотном диапазоне, а их применение в усилителях мощности может удовлетворить требования связи 5G для высокочастотных характеристик и высокой мощности обработки.
В цикле спада 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 и слияний и поглощений в 2022 году превысил 3,3 млрд юаней, а их число достигло более 30. Только в декабре 2022 года было зарегистрировано семь случаев финансирования, в том числе Zhen Drive Technology, Core 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 цепочку отечественной 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 осуществлено более 10 проектов финансирования на общую сумму более 5 миллиардов юаней.
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 касается подложки, эпитаксии и устройств, 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.
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 не легко производят деформацию напряжения изгиба, тепловую деформацию и другие характеристики, а 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 звена травления, прецизионных системах перемещения 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, блок, пластина водяного охлаждения с магнитной стальной рамой, зеркало, направляющая и т. д. В этом отношении керамика из карбида кремния является адекватной.
(2) В травильном оборудовании
В травильном оборудовании плазма в результате физического воздействия и химической реакции вызывает серьезную коррозию на поверхности устройства оборудования, с одной стороны, сокращает срок службы деталей, снижает производительность оборудования, с другой стороны, продукты реакции, образующиеся в процессе коррозии, улетучиваются и отпадают, а также образуют 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 машины для травления, 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, Mitsui сообщила о композитном материале SiC как материал 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 блоков с толстым слоем SiC можно использовать только процесс CVD, а затем его подготавливают с помощью прецизионной механической обработки, в основном для подготовки к процессу травления полупроводников.
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 для печи является ключевым аксессуаром печи, ее промышленная переработка в печи используется для поддержки или защиты сгоревших продуктов огнеупорных изделий, что обусловлено положительным расширением материала, применение печной мебели расширено. 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 стать идеальным выбором материалов для печи.
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 с небольшой производственной мощностью, и на фоне растущего спроса на монокристаллический тигель печи в верхних слоях фотоэлектрической промышленности и расходные материалы для держателей кремниевых батарей в среднем течении кварцевый песок высокой чистоты имеет характеристики ограниченного спроса и предложения и долгосрочную высокую цену. 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 карбидокремниевые материалы, изготовленные из кронштейнов для лодок, коробок 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, что может значительно снизить затраты на использование, а также потери на линии обслуживания и ремонта, вызванные 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. Согласно прогнозу МЭА, в 2020-2030 годах установленная фотоэлектрическая мощность будет расти со среднегодовым темпом на 21% и приближаться 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 на долю полупроводниковой и фотоэлектрической промышленности с керамикой со структурой карбида кремния придется 62%, из которых доля фотоэлектрической промышленности с керамикой со структурой карбида кремния вырастет с 6% до 26% в 2022 году, став самой быстрорастущей областью.
Краткое резюме
Мы видим, что материал карбида кремния, будь то монокристаллический материал или керамический материал, занимает очень важное место в производственной цепочке полупроводников, литиевых батарей, фотоэлектрических и других наиболее популярных сегодня отраслей, и его три отрасли составляют более 100 миллиардов рыночных цепей, и эти отрасли растут с высокой скоростью, можно предсказать, что карбидокремниевый материал завтра станет товаром.
1. Что такое карбид кремния и как он используется в промышленности?
Карбид кремния — это соединение кремния и углерода, известное своей исключительной твердостью и теплопроводностью. Он обычно используется в абразивных материалах, режущих инструментах и электронных компонентах.
2. Какой вклад карбид кремния вносит в «трехмиллиардную дорожку»?
Карбид кремния играет решающую роль в разработке технологий следующего поколения в области силовой электроники, возобновляемых источников энергии, электромобилей и полупроводников, которые являются частью инициативы «Три 100 миллиардов треков».
3. Каковы преимущества использования карбида кремния перед другими материалами?
Карбид кремния обладает превосходной теплопроводностью, высокой твердостью, превосходной химической стойкостью и широкой запрещенной зоной с сильным электрическим полем пробоя по сравнению с традиционными материалами на основе кремния. Это также обеспечивает более высокую эффективность и производительность в различных приложениях.
4. Можно ли адаптировать карбид кремния для конкретных применений?
Да, карбид кремния можно адаптировать к конкретным требованиям, регулируя его состав, размер частиц и методы обработки. Это позволяет оптимизировать производительность в различных отраслях и приложениях.
5. Как карбид кремния способствует устойчивому развитию и защите окружающей среды?
Карбид кремния позволяет разрабатывать энергоэффективные технологии, такие как электромобили и системы возобновляемых источников энергии, которые помогают сократить выбросы углекислого газа и способствуют созданию более чистой окружающей среды.
Пожалуйста, свяжитесь с нами в любое время, если вам потребуется дополнительная информация.
