อุปกรณ์ SiC ที่จุดแยกทาง: ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว ท่ามกลางความท้าทายทางเทคนิคที่ต่อเนื่องในอุตสาหกรรมครึ่งนํารุ่นใหม่
May 28, 2025
ⅰ. ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC)
เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่มีเสถียรภาพค่าการนำความร้อนสูงสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำและความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม Silicon Carbide (SIC) มีการใช้งานเกินกว่าการใช้งานแบบดั้งเดิม ตัวอย่างเช่นผง SIC สามารถนำไปใช้กับพื้นผิวด้านในของใบพัดกังหันหรือเครื่องประดับทรงกระบอกผ่านกระบวนการพิเศษเพื่อเพิ่มความต้านทานการสึกหรอและยืดอายุการใช้งาน 1 ถึง 2 ครั้ง วัสดุทนไฟคุณภาพสูงที่ทำจาก SIC แสดงความต้านทานต่อการกระแทกด้วยความร้อนที่ยอดเยี่ยมปริมาณที่ลดลงน้ำหนักเบาและความแข็งแรงเชิงกลสูงซึ่งนำไปสู่ประโยชน์ในการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ
ซิลิกอนคาร์ไบด์เกรดต่ำ (มีประมาณ 85% SIC) ทำหน้าที่เป็น deoxidizer ที่ยอดเยี่ยมในการทำเหล็กการเร่งกระบวนการหลอมละลายอำนวยความสะดวกในการควบคุมองค์ประกอบทางเคมีและการปรับปรุงคุณภาพเหล็กโดยรวม นอกจากนี้ SIC ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตองค์ประกอบความร้อนของซิลิกอนคาร์ไบด์ (แท่ง SIC)
ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุที่แข็งมากด้วยความแข็งของ Mohs 9.5 - สองถึงเพชร (10) มันมีค่าการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมและเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่โดดเด่นที่อุณหภูมิสูง
ⅱ. ข้อดีของอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์
ปัจจุบันซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC) เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่ที่โตมากที่สุด (WBG) ที่เป็นผู้ใหญ่มากที่สุดภายใต้การพัฒนา ประเทศต่างๆทั่วโลกให้ความสำคัญกับการวิจัย SIC อย่างมากและได้ลงทุนทรัพยากรจำนวนมากเพื่อส่งเสริมความก้าวหน้า
สหรัฐอเมริกายุโรปญี่ปุ่นและอื่น ๆ ได้กำหนดกลยุทธ์การพัฒนาระดับประเทศสำหรับ SIC ผู้เล่นหลักในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ระดับโลกได้ลงทุนอย่างมากในการพัฒนาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ SIC
เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนทั่วไปส่วนประกอบที่ใช้ SIC เสนอข้อดีดังต่อไปนี้:
1. ความสามารถแรงดันไฟฟ้าสูง
อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าอุปกรณ์ซิลิกอนที่เทียบเท่าถึง 10 เท่า ตัวอย่างเช่นไดโอด Sic Schottky สามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าที่สลายตัวได้สูงสุด 2,400 V. Transistor-Effect-Effect-Effect-Effect-Effect (FETs) สามารถทำงานได้ที่หลายสิบกิโลโวลต์ในขณะที่ยังคงความต้านทานต่อการจัดการ
2. ประสิทธิภาพความถี่สูง
(รายละเอียดเฉพาะที่ไม่ได้ระบุไว้ในข้อความต้นฉบับ แต่สามารถเสริมได้หากจำเป็น)
3. การทำงานอุณหภูมิสูง
ด้วยอุปกรณ์ SI ทั่วไปที่เข้าใกล้ขีด จำกัด ประสิทธิภาพทางทฤษฎีอุปกรณ์ SIC Power จะถูกมองว่าเป็นผู้สมัครในอุดมคติเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่สลายตัวสูงการสูญเสียการสลับต่ำและประสิทธิภาพที่เหนือกว่า
อย่างไรก็ตามการใช้อุปกรณ์พลังงาน SIC อย่างกว้างขวางขึ้นอยู่กับความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายรวมถึงความสามารถในการตอบสนองความต้องการสูงของกระบวนการผลิตขั้นสูง
ในปัจจุบันอุปกรณ์ SIC ที่ใช้พลังงานต่ำได้เปลี่ยนจากการวิจัยในห้องปฏิบัติการเป็นการผลิตเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตามเวเฟอร์ SIC ยังคงมีราคาค่อนข้างแพงและประสบกับความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม
ⅲ. อุปกรณ์ SIC MOS ที่ดูกันอย่างแพร่หลายมากที่สุด
1. sic-mosfet
SIC-MOSFET (Silicon Carbide Metal-oxide-semiconductor transistor ผลกระทบของฟิลด์-เอฟเฟ็กต์) ปัจจุบันเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานที่ได้รับการวิจัยอย่างเข้มข้นที่สุดภายในระบบวัสดุ SIC การพัฒนาที่โดดเด่นได้เกิดขึ้นโดย บริษัท ชั้นนำเช่น Cree (USA) และ Rohm (ญี่ปุ่น)
ในโครงสร้าง SIC-MOSFET ทั่วไปทั้งบริเวณแหล่งกำเนิด N+ และ P-well เกิดขึ้นโดยใช้การฝังไอออนตามด้วยการหลอมที่อุณหภูมิสูง (~ 1700 ° C) เพื่อเปิดใช้งานสารเจือปน หนึ่งในกระบวนการที่สำคัญในการผลิต SIC-MOSFET คือการก่อตัวของชั้นประตูออกไซด์ เนื่องจากซิลิคอนคาร์ไบด์ประกอบด้วยทั้งอะตอม SI และ C การเติบโตของไดอิเล็กทริกเกตต้องใช้เทคนิคการเจริญเติบโตของออกไซด์พิเศษ
โครงสร้างร่องลึกกับโครงสร้างระนาบ
สถาปัตยกรรม SIC-MOSFET ประเภทร่องลึกช่วยเพิ่มความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของวัสดุ SIC ผ่านการออกแบบระนาบแบบดั้งเดิม โครงสร้างนี้ช่วยให้ความหนาแน่นกระแสสูงขึ้น, ความต้านทานต่อการลดลงและการกระจายสนามไฟฟ้าที่ดีขึ้น
2. ข้อดีของ sic-mosfets
Silicon IGBTS ทั่วไปมักจะทำงานต่ำกว่า 20 kHz เนื่องจากข้อ จำกัด ของวัสดุที่แท้จริงการดำเนินงานที่มีแรงดันสูงและความถี่สูงเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุด้วยอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอน
ในทางตรงกันข้าม SIC-MOSFETS นั้นเหมาะสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลายตั้งแต่ 600 V ถึง 10 kV-และแสดงลักษณะการสลับที่ยอดเยี่ยมเป็นอุปกรณ์ unipolar
เมื่อเทียบกับซิลิคอน IGBTS, SIC-MOSFETS เสนอ:
- กระแสหางเป็นศูนย์ระหว่างการสลับ
- การสูญเสียการสลับที่ต่ำกว่า
- ความถี่ในการทำงานที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
ตัวอย่างเช่นโมดูล SIC-MOSFET 20 kHz สามารถแสดงการสูญเสียพลังงานครึ่งหนึ่งของโมดูล Silicon IGBT 3 kHz โมดูล SIC 50 ตัวสามารถแทนที่โมดูล SI ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยเน้นประสิทธิภาพและความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพความถี่สูง
ยิ่งไปกว่านั้นไดโอดร่างกายใน SIC-MOSFETS มีลักษณะการกู้คืนย้อนกลับที่รวดเร็วเป็นพิเศษซึ่งมี:
- เวลาพักฟื้นย้อนกลับสั้นมาก (TRR)
- ค่าใช้จ่ายการกู้คืนย้อนกลับต่ำมาก (QRR)
ตัวอย่างเช่นที่กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับเดียวกัน (เช่น 900 V) QRR ของไดโอดร่างกายของ SIC-MOSFET นั้นมีเพียง 5% ของ MOSFET ที่ใช้ซิลิกอน สิ่งนี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับวงจรประเภทสะพาน (เช่น LLC Resonant Converters ที่ทำงานเหนือการสั่นพ้อง) ตามที่:
- ลดความต้องการที่ตายแล้ว
- ลดการสูญเสียและเสียงรบกวนจากการกู้คืนไดโอด
- ช่วยให้ความถี่ในการสลับที่สูงขึ้นพร้อมประสิทธิภาพที่ดีขึ้น
3. แอปพลิเคชันของ sic-mosfets
โมดูล SIC-MOSFET แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญในระบบพลังงานขนาดกลางถึงสูงถึงสูงรวมถึง::
- อินเวอร์เตอร์เซลล์แสงอาทิตย์ (PV)
- เครื่องแปลงพลังงานลม
- ยานพาหนะไฟฟ้า (EVs)
- ระบบลากทางรถไฟ
ต้องขอบคุณแอตทริบิวต์ที่มีแรงดันสูงความถี่สูงและประสิทธิภาพสูงอุปกรณ์ SIC ทำให้เกิดความก้าวหน้าในการออกแบบระบบส่งกำลัง EV ซึ่งอุปกรณ์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมมาถึงคอขวดประสิทธิภาพ
ตัวอย่างที่โดดเด่น ได้แก่ :
- Denso และ Toyota ซึ่งร่วมกันพัฒนาหน่วยควบคุมพลังงาน (PCUs) สำหรับยานพาหนะไฟฟ้าไฮบริด (HEVS) และยานพาหนะไฟฟ้าแบตเตอรี่ (EVS) โดยใช้โมดูล SIC-MOSFET ระบบเหล่านี้ประสบความสำเร็จในการลดระดับเสียง 5 เท่า
- Mitsubishi Electric ซึ่งพัฒนาระบบ EV Motor Drive ที่ใช้ SIC-MOSFET ด้วยมอเตอร์และอินเวอร์เตอร์แบบบูรณาการอย่างสมบูรณ์เพื่อให้ได้การย่อขนาดและการรวมระบบ
ตามการคาดการณ์โมดูล SIC-MOSFET คาดว่าจะเห็นการยอมรับอย่างกว้างขวางในยานพาหนะไฟฟ้าทั่วโลกระหว่างปี 2561-2563 แนวโน้มที่ยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องเมื่อเทคโนโลยีเติบโตและลดลง
ⅳ. ซิลิกอนคาร์ไบด์ Schottky ไดโอด (SIC SBD)
1. โครงสร้างอุปกรณ์
Silicon Carbide Schottky Diodes ใช้โครงสร้างทางแยก Schottky (JBS) ซึ่งช่วยลดกระแสการรั่วไหลย้อนกลับได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงความสามารถในการปิดกั้นแรงดันไฟฟ้าสูง โครงสร้างนี้รวมข้อดีของการลดลงของแรงดันไปข้างหน้าต่ำและความเร็วในการสลับสูง
2. ข้อดีของไดโอด sic schottky
ในฐานะอุปกรณ์ unipolar ไดโอด sic Schottky นำเสนอลักษณะการกู้คืนย้อนกลับที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับไดโอดการกู้คืนอย่างรวดเร็วของซิลิกอนแบบดั้งเดิม (SI FRDs) เมื่อเปลี่ยนจากการนำไปข้างหน้าเป็นการบล็อกย้อนกลับไดโอด sic จะจัดแสดง:
- กระแสการกู้คืนย้อนกลับใกล้ศูนย์: เวลาการกู้คืนย้อนกลับมักจะน้อยกว่า 20ns; ตัวอย่างเช่น 600V/10A SIC SBD สามารถทำได้ภายใต้ 10NS
- ความสามารถในการสลับความถี่สูง: ช่วยให้การทำงานที่ความถี่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญพร้อมประสิทธิภาพที่ดีขึ้น
- ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก: ความต้านทานเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิทำให้อุปกรณ์เหมาะสำหรับการทำงานแบบขนานและเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบ
- ประสิทธิภาพการสลับที่มั่นคงในอุณหภูมิ: ลักษณะการสลับยังคงสอดคล้องกันภายใต้ความเครียดจากความร้อน
- การสูญเสียการสลับน้อยที่สุด: เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง
3. แอปพลิเคชัน
ไดโอด sic Schottky ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานขนาดกลางถึงสูงเช่น:
- Switching Power Supplies (SMPS)
- วงจรการแก้ไขปัจจัยกำลัง (PFC)
- แหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง (UPS)
- อินเวอร์เตอร์เซลล์แสงอาทิตย์และระบบพลังงานหมุนเวียน
การเปลี่ยน SI FRD แบบดั้งเดิมด้วย SIC SBDS ในวงจร PFC ช่วยให้การทำงานที่ความถี่มากกว่า 300KHz ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพ ในทางตรงกันข้าม SI FRDS มีประสิทธิภาพลดลงอย่างมีนัยสำคัญเกิน 100KHz การดำเนินการความถี่ที่สูงขึ้นยังช่วยลดขนาดของส่วนประกอบแบบพาสซีฟเช่นตัวเหนี่ยวนำลดปริมาณ PCB โดยรวมมากกว่า 30%
ⅴ. ซิลิกอนคาร์ไบด์ (sic) ได้รับการยกย่องอย่างไร?
ซิลิคอนคาร์ไบด์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ Bandgap กว้างและเป็นตัวแทนชั้นนำของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม มันได้รับการยกย่องสำหรับคุณสมบัติทางกายภาพและไฟฟ้าที่โดดเด่น:
1. วัสดุที่เหนือกว่า
- Wide Bandgap (3.09 eV): กว้างกว่าซิลิคอน 2.8 เท่าทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสลายที่สูงขึ้น
- สนามไฟฟ้าที่มีการสลายตัวสูง (3.2 mV/cm): สูงกว่าซิลิกอน 5.3 เท่าทำให้ชั้นดริฟท์บางลงมาก
- การนำความร้อนสูง (4.9 W/cm · K): 3.3 เท่าของซิลิกอนช่วยให้การกระจายความร้อนดีขึ้น
- ความต้านทานการแผ่รังสีที่แข็งแกร่งและความหนาแน่นของผู้ให้บริการสูง: เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
2. ประสิทธิภาพไฟฟ้า
อุปกรณ์ SIC นำเสนอประสิทธิภาพที่ดีขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับซิลิคอนคู่:
- พื้นที่ดริฟท์อาจเป็นลำดับของขนาดที่บางกว่าของซิลิคอนสำหรับการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน
- ความเข้มข้นของยาสลบอาจสูงถึงสองคำสั่งของขนาดที่สูงขึ้น
- ความต้านทานต่อพื้นที่ต่อหน่วยนั้นต่ำกว่า 100 เท่า
- การสร้างความร้อนลดลงอย่างมีนัยสำคัญทำให้เกิดการนำการนำและการสูญเสียการสลับไปสู่การลดลง
- ความถี่ในการใช้งานโดยทั่วไปจะสูงกว่าอุปกรณ์ซิลิกอนมากกว่า 10 เท่า
- อุปกรณ์ SIC สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 400 ° C และสามารถจัดการกับกระแสสูงและแรงดันไฟฟ้าในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัด
ความก้าวหน้าเมื่อเร็ว ๆ นี้ทำให้สามารถผลิต IGBTS ที่ใช้ SIC และอุปกรณ์พลังงานอื่น ๆ ที่มีความต้านทานและการสร้างความร้อนต่ำกว่ามาก คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ SIC เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับอิเล็กทรอนิกส์พลังงานรุ่นต่อไป
ⅵ. สถานะการพัฒนาปัจจุบันของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC)
1. พารามิเตอร์ทางเทคนิค
ตัวอย่างเช่นการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าของไดโอด Schottky เพิ่มขึ้นจาก 250V เป็นมากกว่า 1,000V ในขณะที่พื้นที่ชิปลดลง อย่างไรก็ตามคะแนนปัจจุบันยังคงอยู่เพียงไม่กี่สิบแอมแปร์ อุณหภูมิในการทำงานดีขึ้นเป็น 180 ° C ซึ่งยังห่างไกลจากสูงสุดทางทฤษฎีที่ 600 ° C การลดลงของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้านั้นน้อยกว่าอุดมคติ - เปรียบเทียบกับอุปกรณ์ซิลิคอน - ด้วยไดโอด sic บางตัวที่แสดงแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าลดลงสูงถึง 2V
2. ราคาตลาด
อุปกรณ์ SIC ประมาณแพงกว่า 5 ถึง 6 เท่ากว่าอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนที่เทียบเท่า
ⅶ. ความท้าทายในการพัฒนาอุปกรณ์ SIC
จากรายงานต่าง ๆ ความท้าทายที่สำคัญไม่ได้อยู่ในหลักการอุปกรณ์หรือการออกแบบโครงสร้างซึ่งโดยทั่วไปสามารถแก้ไขได้ แต่ในกระบวนการผลิต นี่คือประเด็นสำคัญบางประการ:
1. ข้อบกพร่องของโครงสร้างจุลภาคใน Sic Wafers
ข้อบกพร่องที่สำคัญคือ micropipe ซึ่งสามารถมองเห็นได้แม้กระทั่งตาเปล่า จนกว่าข้อบกพร่องเหล่านี้จะถูกกำจัดอย่างเต็มที่ในการเจริญเติบโตของคริสตัลมันยากที่จะใช้ SIC สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีกำลังสูง ในขณะที่เวเฟอร์คุณภาพสูงลดความหนาแน่นของไมโครระดับลงเหลือน้อยกว่า 15 cm⁻²การใช้งานอุตสาหกรรมต้องการเวเฟอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 100 มม. ด้วยความหนาแน่นของไมโครโพรพิชต่ำกว่า 0.5 cm⁻²
2. ประสิทธิภาพต่ำของการเติบโตของ epitaxial
โดยทั่วไปแล้ว SIC homoepitaxy จะดำเนินการผ่านการสะสมไอเคมี (CVD) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,500 ° C เนื่องจากปัญหาการระเหิดอุณหภูมิจะต้องไม่เกิน 1,400 ° C ส่งผลให้อัตราการเติบโตต่ำ ในขณะที่ epitaxy เฟสของเหลวช่วยให้อุณหภูมิต่ำลงและอัตราการเติบโตที่สูงขึ้นผลผลิตยังคงต่ำ
3. ความท้าทายในกระบวนการยาสลบ
การแพร่กระจายแบบดั้งเดิมไม่เหมาะสำหรับ SIC เนื่องจากอุณหภูมิการแพร่กระจายสูงซึ่งลดความสามารถในการปิดบังของชั้น SIO และความเสถียรของ SIC เอง จำเป็นต้องมีการปลูกถ่ายไอออนโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเติมชนิด P โดยใช้อลูมิเนียม
อย่างไรก็ตามอลูมิเนียมไอออนทำให้เกิดความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญและการเปิดใช้งานที่ไม่ดีซึ่งต้องมีการปลูกถ่ายที่อุณหภูมิพื้นผิวที่สูงขึ้นตามด้วยการหลอมที่อุณหภูมิสูง สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การสลายตัวของพื้นผิวการระเหิดอะตอม SI และปัญหาอื่น ๆ การเพิ่มประสิทธิภาพของการเลือกเจือปนอุณหภูมิการหลอมและพารามิเตอร์กระบวนการยังคงดำเนินต่อไป
4. ความยากลำบากในการสร้างรายชื่อผู้ติดต่อโอห์มมิก
การสร้างหน้าสัมผัส Ohmic ที่มีความต้านทานการติดต่อต่ำกว่า10⁻⁵Ω·Cm²เป็นสิ่งสำคัญ ในขณะที่โดยทั่วไปแล้วจะใช้ Ni และ Al พวกเขาประสบกับความเสถียรทางความร้อนที่ไม่ดีสูงกว่า 100 ° C อิเล็กโทรดคอมโพสิตเช่น AL/NI/W/AU สามารถปรับปรุงความเสถียรทางความร้อนได้สูงถึง 600 ° C เป็นเวลา 100 ชั่วโมง แต่ความต้านทานการสัมผัสยังคงสูง (~ 10⁻³Ω·CM²) ทำให้หน้าสัมผัสโอห์มมิกที่เชื่อถือได้ยาก
5. ความต้านทานความร้อนของวัสดุเสริม
แม้ว่าชิป SIC สามารถทำงานได้ที่ 600 ° C แต่วัสดุสนับสนุนเช่นขั้วไฟฟ้าบัดกรีแพ็คเกจและฉนวนกันความร้อนมักจะไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงเช่นนี้ จำกัด ประสิทธิภาพของระบบโดยรวม
หมายเหตุ: นี่เป็นเพียงตัวอย่างที่เลือก ความท้าทายด้านการประดิษฐ์อื่น ๆ อีกมากมายเช่นการแกะสลักร่องลึก, การหยุดชะงักของขอบและความน่าเชื่อถือของอินเทอร์เฟซประตูออกไซด์ใน sic mosfets - ยังไม่มีวิธีแก้ปัญหาในอุดมคติ อุตสาหกรรมยังไม่ได้รับฉันทามติในหลายประเด็นเหล่านี้ขัดขวางการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์พลังงาน SIC
ⅷ. เหตุใดอุปกรณ์ SIC จึงยังไม่ได้นำมาใช้อย่างกว้างขวาง
ข้อดีของอุปกรณ์ SIC ได้รับการยอมรับเร็วเท่าทศวรรษ 1960 อย่างไรก็ตามการยอมรับอย่างกว้างขวางได้ล่าช้าเนื่องจากความท้าทายทางเทคนิคมากมายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิต แม้กระทั่งทุกวันนี้การประยุกต์ใช้อุตสาหกรรมหลักของ SIC ยังคงเป็นสารกัดกร่อน (carborundum)
SIC ไม่ละลายภายใต้ความดันที่ควบคุมได้ แต่ sublimates ที่ประมาณ 2,500 ° C หมายถึงการเจริญเติบโตของคริสตัลจำนวนมากต้องเริ่มต้นจากเฟสไอซึ่งเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนกว่าการเจริญเติบโตของซิลิคอน (Si ละลายที่ ~ 1,400 ° C) หนึ่งในอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในการประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์คือการขาดพื้นผิว SIC ที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พลังงาน
สำหรับซิลิคอนพื้นผิวผลึกเดี่ยว (เวเฟอร์) มีให้พร้อมและเป็นรากฐานสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ แม้ว่าวิธีการเติบโตของพื้นผิว SIC ขนาดใหญ่ (วิธีการแก้ไข LILY) ได้รับการพัฒนาในช่วงปลายทศวรรษ 1970 พื้นผิวเหล่านี้ได้รับความทุกข์ทรมานจากข้อบกพร่องของไมโครโพรพิช
micropipe เดี่ยวที่เจาะทางแยก PN แรงดันสูงสามารถทำลายความสามารถในการปิดกั้น ในช่วงสามปีที่ผ่านมาความหนาแน่นของ micropipe ลดลงจากหมื่นต่อมม. ²เป็นสิบต่อมม. ² เป็นผลให้ขนาดอุปกรณ์ถูก จำกัด เพียงไม่กี่mm²โดยมีกระแสสูงสุดที่ได้รับการจัดอันดับเพียงไม่กี่แอมแปร์
การปรับปรุงเพิ่มเติมในคุณภาพของสารตั้งต้นเป็นสิ่งจำเป็นก่อนที่อุปกรณ์พลังงาน SIC จะเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์
ⅸ. ความคืบหน้าในความหนาแน่นของเวเฟอร์ SIC และ micropipe
ความก้าวหน้าล่าสุดแสดงให้เห็นว่า SIC สำหรับอุปกรณ์ Optoelectronic มีคุณภาพที่ยอมรับได้ด้วยผลผลิตการผลิตและความน่าเชื่อถือไม่ได้ถูกขัดขวางโดยข้อบกพร่องของวัสดุอีกต่อไป สำหรับอุปกรณ์ unipolar ความถี่สูงเช่น mosfets และ schottky diodes ความหนาแน่นของ micropipe ส่วนใหญ่อยู่ภายใต้การควบคุมแม้ว่ามันจะยังคงส่งผลกระทบเล็กน้อย
สำหรับอุปกรณ์แรงไฟฟ้าแรงสูงวัสดุ SIC ยังคงต้องการการพัฒนาอีกสองปีเพื่อลดความหนาแน่นของข้อบกพร่อง แม้จะมีความท้าทายในปัจจุบัน แต่ก็ไม่ต้องสงสัยเลยว่า SIC เป็นหนึ่งในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับศตวรรษที่ 21
ⅹ. สินค้าที่เกี่ยวข้อง