Сравнение кремниевых слитков CZ и FZ для высоковольтных силовых приборов

Устройство начинается с кристаллического диска. Что определяет, будет ли оно блокировать 650 В или 1700 В? В основном, метод выращивания.

Чохральский (ЧЗ)? Зародыш, извлеченный из расплава кварцевого тигля.

Зона плавления (Float Zone, FZ)? Полоса кремния, расплавленная с помощью радиочастотной энергии — без тигля.

Итак, к чему сводится вопрос о сравнении кремниевых слитков CZ и FZ? К четырем переменным: кислород, удельное сопротивление, качество кристалла и стоимость. Какой из них лучше всего подходит для высоковольтных силовых устройств? Это зависит от того, что устройство должно блокировать, и от бюджета.

Почему методы выращивания кремниевых слитков важны для высоковольтных силовых приборов?

Слиток оправдывает себя только после того, как его разрежут на кремниевые подложки — кремниевые пластины Линия электропитания превращается в устройства. Сопротивление определяет, какое напряжение удерживает дрейфовая область. Качество кристалла определяет ток утечки и переключение. Зачем же тогда тщательно выращивать кристаллы? Дефекты, оставшиеся в объеме, становятся горячими точками, приводят к преждевременным отказам и порче кристалла. В производстве силовых полупроводников метод выращивания — это первый и самый сложный выбор, который нужно исправить: он устраняет напряжение пробоя, поведение при переключении и выход годных изделий.

Как производятся кремниевые слитки CZ и FZ?

Чохральский (Чехия) Процесс выращивания кремния

Поликристаллический кремний плавится в кварцевом тигле при температуре выше 1420 °C. В него помещается затравка — и начинается процесс притяжения. Куда проникает кислород? В тигель. Кварц растворяется; кислород проникает в расплав и остается там. При выращивании методом MCZ добавляется магнитное поле для подавления конвекции и повышения однородности удельного сопротивления — однако кислород остается. При выращивании методом CZ происходит некоторая потеря в чистоте материала ради его размера.

Процесс выращивания кремния в зоне плавания (FZ)

В методе зонной плавки (FZ) обходят тигель. ВЧ-катушка расплавляет полосу вдоль поликремниевого стержня, а затем поднимается по ней, повторно затвердевая зону по мере продвижения. Что соприкасается с расплавом? Только затравка и стержень — содержание кислорода остается крайне низким, а примеси остаются позади. Результат: высокая чистота, высокое удельное сопротивление, но за счет размера. Слитки, полученные методом зонной плавки, просто уже.

Кремниевые слитки CZ и FZ: ключевые различия

С чего обычно начинают покупатели? С таблицы ниже.

Что делает эти ряды реальными? Кислород. В кремниевых слитках, полученных методом Чохральского, его больше — больше источников тепла и риск осаждения при высоких температурах, поэтому удельное сопротивление и срок службы зависят от строгого контроля. В кремниевых слитках, полученных методом зонной плавки, изначально меньше кислорода, и они более стабильно поддерживают очень высокое удельное сопротивление. Всё это бесплатно? Нет — производство методом зонной плавки обходится дороже и предлагает меньше вариантов больших диаметров.

Почему кремний FZ часто предпочтительнее для высоковольтных силовых устройств?

Более высокое электрическое сопротивление

Что на самом деле дает кремний с высоким сопротивлением? Более тонкий блокирующий слой. Область истощения достигает своих полей до пробоя — достигается необходимый класс напряжений без использования непрактично толстой пластины. Более высокая целевая величина? Больший запас прочности, на который опирается конструкция.

Чрезвычайно низкая концентрация кислорода

Когда кислород начинает действовать? В середине процесса производства, а не при отгрузке. Богатый кислородом материал образует тепловые доноры и осадки. Изменяются удельное сопротивление; изменяется время жизни носителей заряда. Высоковольтным кремниевым пластинам необходим стабильный основной материал — кремний, полученный методом зонной плавки с низким содержанием кислорода, обеспечивает предсказуемость свойств материала на протяжении всего процесса производства.

Подходит для применения в мощных системах.

Кремний, полученный методом зонной плавки (FZ), используется в IGBT-транзисторах, силовых MOSFET-транзисторах и мощных тиристорах — это частый выбор, когда требования к объемной структуре очень строгие. Низкое содержание кислорода и его стабильность обеспечивают стабильную работу дрейфовой области цикл за циклом. Технологический процесс, который не может компенсировать дрейф кислорода? FZ-плавка отвечает этим требованиям.

В каких случаях кремний CZ или MCZ является лучшим выбором?

Компромисс? Во многих конструкциях — нет, рациональным выбором является CZ или MCZ. Что предлагает кремний, полученный методом CZ, для силовых устройств? Значительно меньшую стоимость за килограмм, больший диаметр. Рост методом MCZ добавляет магнитное поле для успокоения расплава и повышения однородности удельного сопротивления, поэтому хорошо спроектированные слитки кремния MCZ могут использоваться для производства некоторых высоковольтных IGBT. IET Power Electronics (2019): 300-мм подложки MCZ, IGBT на 1200 В, изготовленные с правильными настройками процесса. Выбор кремниевого слитка затем зависит от архитектуры устройства, технологического окна и целевых параметров — это не универсальное предпочтение.

Как выбрать подходящий кремниевый слиток: контрольный список для покупателя

Сравниваете поставщиков или составляете техническое задание на закупку? Метод роста — это лишь первая строка в спецификации кремниевых слитков; именно цифры определяют, соответствует ли партия требованиям.

Ключевые параметры для оценки

Номинальное напряжение. Начните с этого — целевой класс напряжения и архитектура определят все остальное.

Электрическое сопротивление. Подтвердите целевые значения и допуски для радиальных и осевых отклонений, а не только для формы в центре пластины.

Содержание кислорода и углерода. Проверьте оба показателя с помощью соответствующего метода; точные показания удельного сопротивления мало что говорят о поведении при высоких температурах.

Срок службы носителя. Соответствует ли материал вашему плану контроля производительности и срока службы?

Тип проводимости. N-тип или P-тип — уточните перед выставлением счета.

Ориентация и диаметр кристаллов. Соответствие последующим этапам нарезки и обработки пластин.

Документация по плотности дефектов и качеству. Плотность дислокаций, история дефектов, отслеживаемость партий, протоколы испытаний материалов — где услуги по тестированию качества принадлежать.

Стоит попробовать обратиться к поставщику высокочистого кремния, который документирует наличие всех семи компонентов в приобретенной вами партии. Ключевое значение имеет отслеживаемое качество полупроводниковых материалов.

Поставка кремниевых слитков CZ и FZ из региона Экватор.

Нужен материал CZ, MCZ или FZ для производства силовых приборов? Кто поставляет все три? THE EQUATOR — поставщик кремниевых слитков и полупроводниковых материалов. Нужны конкретные диаметры или марки? силиконовые стержни на заказ В портфолио представлены образцы с проводимостью N- или P-типа, удельным сопротивлением, ориентацией и размерами, заданными в соответствии со спецификацией. Что входит в каждую партию? Контроль качества, протоколы испытаний материалов, отслеживаемость — плюс независимая инспекция, если это необходимо для проекта. Вот и все. управление цепочками поставок Линия электропередачи ожидает...

FZ ориентируется на высокое напряжение и низкое содержание кислорода; CZ — на стоимость и размеры. Выбирайте по электрическим характеристикам, технологической совместимости и потребностям в закупках — а затем представьте спецификацию в ЭКВАТОРЕ.

Ищете надежные слитки кремния CZ или FZ для производства высоковольтных силовых приборов? Свяжитесь с THE EQUATOR чтобы обсудить ваши технические характеристики материалов и требования к поставкам.

Часто задаваемые вопросы

Лучше ли кремний, полученный методом ФЗ, чем кремний, полученный методом ЧЗ, для высоковольтных силовых приборов?

Обычно да — низкое содержание кислорода, высокое удельное сопротивление, подходит для дрейфовой области. Однако, при правильном изготовлении материал MCZ может удовлетворять специфическим требованиям устройства.

В чём основное различие между слитками кремния, полученными методами CZ и FZ?

Метод выращивания. CZ: затравка, извлеченная из расплава в тигле. FZ: зона расплава, без тигля. Сторона FZ — меньше кислорода, более высокое удельное сопротивление. Сторона CZ — меньшая стоимость, больший диаметр.

Какие характеристики следует проверять покупателям при приобретении кремниевых слитков FZ?

Удельное сопротивление и его однородность, содержание кислорода, время жизни носителей заряда, тип проводимости, ориентация — и отчеты о качестве партии. Оценивайте всю партию, а не только название сорта.