บทนำเกี่ยวกับซิลิกอนคาร์ไบด์
ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำผสมที่ประกอบด้วยคาร์บอนและซิลิคอน ซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุที่เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง ความถี่สูง กำลังไฟฟ้าสูง และแรงดันไฟฟ้าสูง เมื่อเทียบกับวัสดุซิลิคอนแบบดั้งเดิม (Si) ซิลิคอนคาร์ไบด์มีช่องว่างแบนด์แก๊ปสูงกว่าซิลิคอนถึง 3 เท่า มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าซิลิคอน 4-5 เท่า แรงดันพังทลายสูงกว่าซิลิคอน 8-10 เท่า อัตราการดริฟท์ความอิ่มตัวของอิเล็กตรอนสูงกว่าซิลิคอน 2-3 เท่า ซึ่งตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมสมัยใหม่สำหรับกำลังไฟฟ้าสูง แรงดันไฟฟ้าสูง และความถี่สูง ซิลิคอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูง ความถี่สูง กำลังไฟฟ้าสูง และเปล่งแสง การประยุกต์ใช้งานต่อเนื่อง ได้แก่ โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ รถยนต์พลังงานใหม่ พลังงานลมพลังงานแสงอาทิตย์ การสื่อสาร 5G เป็นต้น ไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์และมอสเฟตได้รับการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์แล้ว
ทนต่ออุณหภูมิสูง ความกว้างของแบนด์แก๊ปของซิลิคอนคาร์ไบด์สูงกว่าซิลิคอน 2-3 เท่า อิเล็กตรอนไม่เปลี่ยนผ่านได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง และสามารถทนต่ออุณหภูมิการทำงานที่สูงขึ้นได้ ซิลิคอนคาร์ไบด์มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าซิลิคอน 4-5 เท่า ทำให้อุปกรณ์ระบายความร้อนได้ง่ายขึ้นและอุณหภูมิการทำงานสูงสุดสูงขึ้น ความต้านทานอุณหภูมิสูงสามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ลดข้อกำหนดของระบบระบายความร้อน ทำให้ขั้วต่อมีน้ำหนักเบาและเล็กลง
ทนต่อแรงดันสูง ซิลิกอนคาร์ไบด์มีความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าสลายตัวสูงกว่าซิลิกอนถึง 10 เท่า ทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้สูงกว่า และเหมาะสำหรับใช้กับอุปกรณ์แรงดันสูง
ความต้านทานความถี่สูง ซิลิกอนคาร์ไบด์มีอัตราการดริฟท์อิเล็กตรอนอิ่มตัวเป็นสองเท่าของซิลิกอน ส่งผลให้ไม่มีกระแสตกค้างระหว่างกระบวนการปิดเครื่อง ซึ่งสามารถปรับปรุงความถี่การสวิตชิ่งของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและช่วยให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กลง
การสูญเสียพลังงานต่ำ เมื่อเทียบกับวัสดุซิลิกอน ซิลิกอนคาร์ไบด์มีค่าความต้านทานต่อกระแสไฟต่ำมากและการสูญเสียพลังงานต่ำ ขณะเดียวกัน ความกว้างของแบนด์แก๊ปที่สูงของซิลิกอนคาร์ไบด์ช่วยลดกระแสรั่วไหลและการสูญเสียพลังงานได้อย่างมาก นอกจากนี้ อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ยังไม่เกิดปรากฏการณ์กระแสไหลย้อนระหว่างการปิดเครื่อง และการสูญเสียพลังงานจากการสลับเครื่องก็ต่ำเช่นกัน
ห่วงโซ่อุตสาหกรรมซิลิกอนคาร์ไบด์
ครอบคลุมกระบวนการหลักๆ ได้แก่ ซับสเตรต, เอพิแทกซี, การออกแบบอุปกรณ์, การผลิต, การปิดผนึก และอื่นๆ ซิลิคอนคาร์ไบด์จากวัสดุไปยังอุปกรณ์จ่ายไฟเซมิคอนดักเตอร์จะผ่านกระบวนการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว, การตัดแท่งโลหะ, การเจริญเติบโตของเอพิแทกเซียล, การออกแบบเวเฟอร์, การผลิต, การบรรจุ และกระบวนการอื่นๆ หลังจากสังเคราะห์ผงซิลิคอนคาร์ไบด์แล้ว แท่งโลหะซิลิคอนคาร์ไบด์จะถูกผลิตขึ้นก่อน จากนั้นจึงได้ซับสเตรตซิลิคอนคาร์ไบด์โดยการหั่น, บด และขัดเงา และแผ่นเอพิแทกเซียลจะได้มาจากการเจริญเติบโตของเอพิแทกเซียล เวเฟอร์เอพิแทกเซียลทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ผ่านกระบวนการพิมพ์หิน, การกัด, การฝังไอออน, การทำให้โลหะเป็นพาสซีฟ และกระบวนการอื่นๆ จากนั้นเวเฟอร์จะถูกตัดเป็นแม่พิมพ์, บรรจุอุปกรณ์, และประกอบอุปกรณ์เป็นเปลือกพิเศษและประกอบเป็นโมดูล
ต้นน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรม 1: การเติบโตของสารตั้งต้น - ผลึกเป็นกระบวนการเชื่อมโยงหลัก
ซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์คิดเป็นประมาณ 47% ของต้นทุนอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นอุปสรรคทางเทคนิคการผลิตที่สูงที่สุด มีมูลค่ามากที่สุด ถือเป็นแกนหลักของการผลิตอุตสาหกรรม SiC ขนาดใหญ่ในอนาคต
จากมุมมองของความแตกต่างด้านคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้า วัสดุซับสเตรตซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถแบ่งได้เป็นซับสเตรตนำไฟฟ้า (ช่วงความต้านทาน 15-30mΩ·cm) และซับสเตรตกึ่งฉนวน (ความต้านทานสูงกว่า 105Ω·cm) ซับสเตรตทั้งสองชนิดนี้ใช้ในการผลิตอุปกรณ์แยกส่วน เช่น อุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังและอุปกรณ์ความถี่วิทยุตามลำดับ หลังจากการเจริญเติบโตแบบอิพิแทกเซียล ซับสเตรตซิลิคอนคาร์ไบด์กึ่งฉนวนส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ RF แกลเลียมไนไตรด์ อุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริก และอื่นๆ โดยการเพาะชั้นอิพิแทกเซียลแบบ gan บนซับสเตรต SIC กึ่งฉนวน แผ่นอิพิแทกเซียลแบบ sic จะถูกเตรียมขึ้น ซึ่งสามารถนำไปพัฒนาเป็นอุปกรณ์ RF HEMT แบบ gan iso-nitride ได้ ซับสเตรตซิลิคอนคาร์ไบด์นำไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์กำลัง แตกต่างจากกระบวนการผลิตอุปกรณ์พลังงานซิลิกอนแบบดั้งเดิม อุปกรณ์พลังงานซิลิกอนคาร์ไบด์ไม่สามารถผลิตได้โดยตรงบนพื้นผิวซิลิกอนคาร์ไบด์ ชั้นเอพิแทกเซียลซิลิกอนคาร์ไบด์จะต้องปลูกบนพื้นผิวตัวนำเพื่อให้ได้แผ่นเอพิแทกเซียลซิลิกอนคาร์ไบด์ และชั้นเอพิแทกเซียลจะถูกผลิตบนไดโอด Schottky, MOSFET, IGBT และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ
ผงซิลิคอนคาร์ไบด์สังเคราะห์จากผงคาร์บอนบริสุทธิ์สูงและผงซิลิคอนบริสุทธิ์สูง จากนั้นนำแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาดต่างๆ มาเพาะเลี้ยงภายใต้อุณหภูมิพิเศษ จากนั้นจึงผลิตแผ่นซิลิคอนคาร์ไบด์ผ่านกระบวนการแปรรูปหลายขั้นตอน กระบวนการหลักประกอบด้วย:
การสังเคราะห์วัตถุดิบ: ผงซิลิคอนบริสุทธิ์สูง + ผงหมึกจะถูกผสมตามสูตรที่กำหนด และทำปฏิกิริยาในห้องปฏิกิริยาภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงกว่า 2,000°C เพื่อสังเคราะห์อนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีชนิดผลึกและขนาดอนุภาคเฉพาะ จากนั้นผ่านกระบวนการบด กรอง ทำความสะอาด และกระบวนการอื่นๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของวัตถุดิบผงซิลิคอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์สูง
การเจริญเติบโตของผลึกเป็นกระบวนการหลักของการผลิตแผ่นรองรับซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของแผ่นรองรับซิลิคอนคาร์ไบด์ ปัจจุบัน วิธีการหลักสำหรับการเจริญเติบโตของผลึก ได้แก่ การถ่ายโอนไอทางกายภาพ (PVT) การสะสมไอทางเคมีที่อุณหภูมิสูง (HT-CVD) และอิพิแทกซีเฟสของเหลว (LPE) ในบรรดาวิธีการเหล่านี้ วิธี PVT ถือเป็นวิธีการหลักสำหรับการเจริญเติบโตของแผ่นรองรับซิลิคอนคาร์ไบด์เชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน ด้วยความสมบูรณ์ทางเทคนิคสูงสุดและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในงานวิศวกรรม
การเตรียมพื้นผิว SiC เป็นเรื่องยาก ส่งผลให้มีราคาสูง
การควบคุมอุณหภูมิเป็นเรื่องยาก: การเจริญเติบโตของแท่งผลึก SiC ต้องการอุณหภูมิเพียง 1,500 องศาเซลเซียส ในขณะที่แท่งผลึก SiC จำเป็นต้องเจริญเติบโตที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000 องศาเซลเซียส และมีไอโซเมอร์ SiC มากกว่า 250 ชนิด แต่โครงสร้างผลึกเดี่ยว 4H-SiC หลักสำหรับการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า หากควบคุมไม่ได้อย่างแม่นยำ ก็จะได้รับโครงสร้างผลึกอื่นๆ นอกจากนี้ การไล่ระดับอุณหภูมิในเบ้าหลอมยังกำหนดอัตราการถ่ายโอนการระเหิดของ SiC และการจัดเรียงและโหมดการเจริญเติบโตของอะตอมก๊าซบนส่วนต่อประสานผลึก ซึ่งส่งผลต่ออัตราการเจริญเติบโตของผลึกและคุณภาพของผลึก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างเทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิอย่างเป็นระบบ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุ SiC ความแตกต่างในการผลิต SiC ยังอยู่ในกระบวนการอุณหภูมิสูง เช่น การฝังไอออนที่อุณหภูมิสูง การออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง การกระตุ้นที่อุณหภูมิสูง และกระบวนการฮาร์ดมาสก์ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการอุณหภูมิสูงเหล่านี้
การเจริญเติบโตของผลึกช้า: อัตราการเจริญเติบโตของแท่งผลึก Si สามารถไปถึง 30 ~ 150 มม. / ชม. และการผลิตแท่งผลึกซิลิคอนขนาด 1-3 ม. ใช้เวลาเพียงประมาณ 1 วัน; แท่งผลึก SiC ที่ใช้วิธี PVT เป็นตัวอย่าง อัตราการเจริญเติบโตอยู่ที่ประมาณ 0.2-0.4 มม. / ชม. 7 วันในการเติบโตน้อยกว่า 3-6 ซม. อัตราการเจริญเติบโตน้อยกว่า 1% ของวัสดุซิลิคอน กำลังการผลิตมีจำกัดอย่างมาก
พารามิเตอร์ผลิตภัณฑ์สูงและผลผลิตต่ำ: พารามิเตอร์หลักของพื้นผิว SiC ได้แก่ ความหนาแน่นของไมโครทูบูล ความหนาแน่นของการเคลื่อนตัว ความต้านทาน การบิดเบี้ยว ความหยาบของพื้นผิว ฯลฯ เป็นระบบวิศวกรรมที่ซับซ้อนในการจัดเรียงอะตอมในห้องปิดที่มีอุณหภูมิสูงและการเจริญเติบโตของผลึกอย่างสมบูรณ์ในขณะที่ควบคุมดัชนีพารามิเตอร์
วัสดุมีความแข็งสูง ความเปราะบางสูง ใช้เวลาในการตัดนาน และการสึกหรอสูง: ความแข็ง Mohs ของ SiC 9.25 อยู่ในระดับรองจากเพชร ซึ่งทำให้การตัด การเจียร และการขัดเงามีความยากเพิ่มขึ้นอย่างมาก โดยใช้เวลาประมาณ 120 ชั่วโมงในการตัดแท่งโลหะหนา 3 ซม. จำนวน 35-40 ชิ้น นอกจากนี้ เนื่องจากความเปราะบางของ SiC สูง การสึกหรอจากการประมวลผลเวเฟอร์จึงมากขึ้น และอัตราส่วนผลผลิตจะอยู่ที่ประมาณ 60% เท่านั้น
แนวโน้มการพัฒนา: เพิ่มขนาด + ลดราคา
สายการผลิต SiC ขนาด 6 นิ้วทั่วโลกกำลังเติบโตอย่างก้าวกระโดด และบริษัทชั้นนำได้เข้าสู่ตลาดขนาด 8 นิ้ว โครงการพัฒนาในประเทศส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ขนาด 6 นิ้ว ปัจจุบัน แม้ว่าบริษัทในประเทศส่วนใหญ่ยังคงใช้สายการผลิตขนาด 4 นิ้ว แต่อุตสาหกรรมกำลังค่อยๆ ขยายไปสู่ขนาด 6 นิ้ว ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอุปกรณ์รองรับขนาด 6 นิ้ว เทคโนโลยีแผ่นรองรับ SiC ในประเทศก็ค่อยๆ พัฒนาขึ้นเช่นกัน สะท้อนให้เห็นถึงการประหยัดต่อขนาดของสายการผลิตขนาดใหญ่ และช่องว่างเวลาการผลิตขนาดใหญ่ของขนาด 6 นิ้วในประเทศในปัจจุบันได้ลดลงเหลือเพียง 7 ปี ขนาดแผ่นเวเฟอร์ที่ใหญ่ขึ้นสามารถนำไปสู่จำนวนชิปเดี่ยวที่เพิ่มขึ้น ปรับปรุงอัตราผลตอบแทน และลดสัดส่วนของชิปขอบ ลดต้นทุนการวิจัยและพัฒนาและการสูญเสียผลผลิตให้อยู่ที่ประมาณ 7% ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการใช้ประโยชน์ของแผ่นเวเฟอร์
การออกแบบอุปกรณ์ยังคงมีความยากลำบากอยู่มาก
การนำไดโอด SiC ออกสู่ตลาดเชิงพาณิชย์มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันผู้ผลิตในประเทศหลายรายออกแบบผลิตภัณฑ์ SiC SBD ซึ่งผลิตภัณฑ์ SiC SBD แรงดันปานกลางและสูงมีเสถียรภาพที่ดี ในส่วนของ OBC ของยานยนต์ มีการใช้ SiC SBD+SI IGBT เพื่อให้ได้ความหนาแน่นกระแสที่คงที่ ปัจจุบันยังไม่มีอุปสรรคในการออกแบบสิทธิบัตรผลิตภัณฑ์ SiC SBD ในประเทศจีน และช่องว่างกับต่างประเทศยังมีน้อย
SiC MOS ยังคงมีปัญหาอยู่มาก ยังคงมีช่องว่างระหว่าง SiC MOS กับผู้ผลิตในต่างประเทศ และแพลตฟอร์มการผลิตที่เกี่ยวข้องยังอยู่ระหว่างการพัฒนา ปัจจุบัน ST, Infineon, Rohm และ SiC MOS 600-1700V อื่นๆ ได้ผลิตจำนวนมากและลงนามและจัดส่งให้กับอุตสาหกรรมการผลิตหลายแห่งแล้ว ขณะที่การออกแบบ SiC MOS ในประเทศปัจจุบันเกือบจะเสร็จสมบูรณ์แล้ว ผู้ผลิตการออกแบบหลายรายกำลังทำงานร่วมกับโรงงานในขั้นตอนการไหลของแผ่นเวเฟอร์ และการตรวจสอบลูกค้าในภายหลังยังคงต้องใช้เวลาอีกระยะหนึ่ง ดังนั้นจึงยังคงต้องใช้เวลาอีกนานก่อนที่จะนำออกสู่ตลาดเชิงพาณิชย์ในวงกว้าง
ปัจจุบันโครงสร้างแบบระนาบเป็นตัวเลือกหลัก และแบบร่องจะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแรงดันสูงในอนาคต ผู้ผลิต SiC MOS ที่มีโครงสร้างแบบระนาบมีจำนวนมาก โครงสร้างแบบระนาบนี้มักเกิดปัญหาการแตกร้าวเฉพาะที่เมื่อเปรียบเทียบกับแบบร่อง ซึ่งส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพของงาน ในตลาดที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 1200V มีมูลค่าการใช้งานที่หลากหลาย โครงสร้างแบบระนาบค่อนข้างเรียบง่ายในการผลิต เพื่อตอบสนองความสามารถในการผลิตและการควบคุมต้นทุนได้สองด้าน อุปกรณ์แบบร่องมีข้อดีคือมีค่าความเหนี่ยวนำปรสิตต่ำมาก ความเร็วในการสลับที่รวดเร็ว การสูญเสียต่ำ และประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสูง
2--ข่าวเวเฟอร์ SiC
การเติบโตของการผลิตและยอดขายตลาดซิลิกอนคาร์ไบด์ ให้ความสำคัญกับความไม่สมดุลของโครงสร้างระหว่างอุปทานและอุปสงค์
ด้วยความต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าความถี่สูงและกำลังสูงที่เติบโตอย่างรวดเร็วในตลาด ข้อจำกัดทางกายภาพของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนจึงค่อยๆ เด่นชัดขึ้น และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ก็ค่อยๆ กลายเป็นอุตสาหกรรม ในแง่ของประสิทธิภาพของวัสดุ ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความกว้างของแบนด์แก๊ปมากกว่าซิลิคอนถึง 3 เท่า มีความเข้มของสนามไฟฟ้าวิกฤตมากกว่า 10 เท่า และมีค่าการนำความร้อนสูงกว่า 3 เท่า ดังนั้นอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าซิลิคอนคาร์ไบด์จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความถี่สูง แรงดันสูง อุณหภูมิสูง และอื่นๆ ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าของระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง
ในปัจจุบัน ไดโอด SiC และ SiC MOSFET ได้ทยอยเข้าสู่ตลาด และมีผลิตภัณฑ์ที่โตเต็มวัยมากขึ้น ซึ่งไดโอด SiC ถูกนำมาใช้แทนไดโอดซิลิกอนอย่างแพร่หลายในบางสาขา เนื่องจากไม่มีข้อได้เปรียบของการชาร์จแบบกู้คืนย้อนกลับ นอกจากนี้ SiC MOSFET ยังค่อยๆ ถูกนำมาใช้ในยานยนต์ การจัดเก็บพลังงาน แท่นชาร์จ พลังงานแสงอาทิตย์ และสาขาอื่นๆ ในด้านการใช้งานยานยนต์ แนวโน้มของการสร้างโมดูลกำลังโดดเด่นมากขึ้นเรื่อยๆ ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของ SiC จำเป็นต้องอาศัยกระบวนการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเพื่อให้บรรลุ ในทางเทคนิคแล้ว ด้วยการปิดผนึกเปลือกที่ค่อนข้างโตเต็มที่เป็นกระแสหลัก อนาคตหรือการพัฒนาการปิดผนึกพลาสติก คุณลักษณะการพัฒนาที่กำหนดเองนั้นเหมาะสมกว่าสำหรับโมดูล SiC
ราคาซิลิกอนคาร์ไบด์ลดลงอย่างรวดเร็วหรือเกินกว่าจะจินตนาการได้
การใช้งานอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์มีข้อจำกัดหลักคือต้นทุนที่สูง โดยราคาของ SiC MOSFET ในระดับเดียวกันนั้นสูงกว่า IGBT ที่ใช้ Si ถึง 4 เท่า เนื่องจากกระบวนการของซิลิกอนคาร์ไบด์มีความซับซ้อน การเติบโตของผลึกเดี่ยวและอิพิแทกเซียลไม่เพียงแต่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังช้าอีกด้วย การประมวลผลผลึกเดี่ยวลงในวัสดุรองรับต้องผ่านกระบวนการตัดและขัดเงา ด้วยคุณสมบัติของวัสดุและเทคโนโลยีการแปรรูปที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ ผลผลิตของวัสดุรองรับภายในประเทศจึงต่ำกว่า 50% และปัจจัยต่างๆ ส่งผลให้ราคาของวัสดุรองรับและอิพิแทกเซียลสูง
อย่างไรก็ตาม ต้นทุนของอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์และอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนนั้นตรงกันข้ามกันอย่างสิ้นเชิง โดยต้นทุนของซับสเตรตและเอพิแทกเซียลของช่องด้านหน้าคิดเป็น 47% และ 23% ของอุปกรณ์ทั้งหมดตามลำดับ คิดเป็นประมาณ 70% การออกแบบอุปกรณ์ การผลิต และการปิดผนึกของช่องด้านหลังคิดเป็นเพียง 30% ต้นทุนการผลิตอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในการผลิตเวเฟอร์ของช่องด้านหลังประมาณ 50% และต้นทุนของซับสเตรตคิดเป็นเพียง 7% ปรากฏการณ์ที่มูลค่าของห่วงโซ่อุตสาหกรรมซิลิกอนคาร์ไบด์กลับหัวกลับหาง หมายความว่าผู้ผลิตเอพิแทกเซียลของซับสเตรตต้นน้ำมีสิทธิ์ที่จะพูด ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการวางผังองค์กรของบริษัททั้งในประเทศและต่างประเทศ
จากมุมมองด้านพลวัตของตลาด การลดต้นทุนของซิลิคอนคาร์ไบด์ นอกเหนือจากการปรับปรุงผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์แบบยาวและกระบวนการตัดแล้ว ยังเป็นการขยายขนาดเวเฟอร์ ซึ่งเป็นเส้นทางการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ที่ก้าวหน้าในอดีต ข้อมูลจาก Wolfspeed แสดงให้เห็นว่าการอัปเกรดแผ่นรองรับซิลิคอนคาร์ไบด์จาก 6 นิ้วเป็น 8 นิ้ว สามารถเพิ่มปริมาณการผลิตชิปที่ผ่านการรับรองได้ 80%-90% และช่วยเพิ่มผลผลิต สามารถลดต้นทุนต่อหน่วยรวมลง 50%
ปี 2023 เป็นที่รู้จักในชื่อ "ปีแรกของ SiC ขนาด 8 นิ้ว" ในปีนี้ผู้ผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ในและต่างประเทศกำลังเร่งจัดทำโครงร่างของซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว เช่น Wolfspeed ลงทุนอย่างบ้าคลั่งมูลค่า 14,550 ล้านดอลลาร์สหรัฐเพื่อขยายการผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ ซึ่งส่วนสำคัญคือการก่อสร้างโรงงานผลิตซับสเตรต SiC ขนาด 8 นิ้ว เพื่อให้มั่นใจว่าจะมีการจัดหาโลหะเปล่า SiC ขนาด 200 มม. ให้กับบริษัทต่างๆ ในอนาคต Tianyue Advanced และ Tianke Heda ในประเทศยังได้ลงนามข้อตกลงระยะยาวกับ Infineon เพื่อจัดหาซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้วในอนาคตอีกด้วย
นับตั้งแต่ปีนี้เป็นต้นไป ซิลิคอนคาร์ไบด์จะขยายตัวจาก 6 นิ้วเป็น 8 นิ้ว Wolfspeed คาดการณ์ว่าภายในปี 2567 ต้นทุนชิปต่อหน่วยของวัสดุรองรับขนาด 8 นิ้วจะลดลงมากกว่า 60% เมื่อเทียบกับต้นทุนชิปต่อหน่วยของวัสดุรองรับขนาด 6 นิ้วในปี 2565 และต้นทุนที่ลดลงนี้จะช่วยเพิ่มโอกาสทางการตลาดให้กับตลาดการใช้งาน ข้อมูลวิจัยของ Ji Bond Consulting ชี้ว่า ปัจจุบันส่วนแบ่งตลาดของผลิตภัณฑ์ขนาด 8 นิ้วน้อยกว่า 2% และคาดว่าส่วนแบ่งตลาดจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 15% ภายในปี 2569
ในความเป็นจริง อัตราการลดลงในราคาของซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์อาจเกินกว่าที่คนจำนวนมากจะจินตนาการได้ ปัจจุบันราคาซับสเตรตขนาด 6 นิ้วที่เสนอขายในตลาดอยู่ที่ 4,000-5,000 หยวนต่อชิ้น เมื่อเทียบกับช่วงต้นปีที่ลดลงมาก คาดว่าจะลดลงต่ำกว่า 4,000 หยวนในปีหน้า เป็นที่น่าสังเกตว่าผู้ผลิตบางรายเพื่อเข้าสู่ตลาดแรกได้ลดราคาขายลงมาเหลือตามราคาต้นทุนด้านล่าง ได้เปิดโมเดลสงครามราคา โดยมุ่งเน้นไปที่ซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นหลัก ซึ่งมีอุปทานเพียงพอในด้านแรงดันต่ำ ผู้ผลิตในและต่างประเทศกำลังขยายกำลังการผลิตอย่างก้าวร้าว หรือปล่อยให้ซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์มีอุปทานเกินเร็วกว่าที่คิด
เวลาโพสต์: 19 ม.ค. 2567