لقد كانت مزايا أداء أشباه الموصلات من كربيد السيليكون (SiC) موضع إجماع منذ فترة طويلة في الصناعة. إن ما يحد حقًا من اعتماد الحجم الإضافي اليوم هو التكلفة والقدرة على التصنيع. ومع ذلك، بمجرد إنشاء التصنيع على نطاق واسع بنجاح واستمرار انخفاض التكاليف، سيتم إطلاق العنان لإمكانات النمو في هذا السوق بسرعة. خاصة في ظل الترقيات المستمرة في مركبات الطاقة الجديدة، وتخزين الطاقة الكهروضوئية، وأكوام الشحن، وإمدادات الطاقة الصناعية، وإمدادات الطاقة العالية-المتنامية بسرعة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، لم يعد تطوير أشباه موصلات SiC مجرد خيار للتقدم التكنولوجي، بل أصبح ضرورة عملية لتحسين كفاءة الطاقة ودفع التطوير الصناعي. بفضل تحويل الطاقة الأكثر كفاءة، ودرجة الحرارة العالية-الأقوى، والجهد العالي-، وموثوقية النظام الأعلى، وإمكانية تمكين تصغير الجهاز وكثافة طاقة أعلى، تعمل أشباه موصلات SiC على إعادة تشكيل المشهد التنافسي لتطبيقات الطاقة العالية-.
لماذا يجب أن نركز على 200 ملم؟
لأنه بالنسبة لـ SiC، فإن 200 مم ليس مجرد ترقية للأبعاد؛ إنه يمثل نقطة انعطاف نحو التصنيع. تبلغ المساحة القابلة للاستخدام لرقاقة 200 مم حوالي 1.78 مرة من مساحة الرقاقة 150 مم. وفي ظل فرضية الإنتاج الجيد والتحكم في العملية، فإن هذا يسهل إنتاجًا أعلى لكل رقاقة وتكلفة أقل للوحدة.
وفي الوقت نفسه، يتوافق مقاس 200 مم مع المعدات الناضجة والأنظمة البيئية للعمليات. تشير Infineon إليها على أنها "أكبر وأكثر كفاءة" - حيث لا تشير كلمة "أكثر كفاءة" إلى أداء الجهاز نفسه فحسب، بل الأهم من ذلك إلى التحسينات في كفاءة التصنيع وكفاءة التكلفة. يؤكد المورد الدولي لمواد SiC Coherent أيضًا على أنه يساعد على تحسين الإنتاجية وتقليل تكاليف الأجهزة. تسلط الصناعة الضوء بشكل متكرر على 200 ملم ليس من أجل "صنع أبعاد أكبر" في حد ذاته، ولكن لدفع SiC من التحقق من صحة التكنولوجيا إلى مرحلة الإنتاج الضخم بتكلفة أقل ونطاق أوسع وكفاءة أعلى. ومع ذلك، يجب أن ندرك أن 200 مم لا يجلب فوائد للمنطقة فحسب، بل يجلب أيضًا عقبات تصنيع أعلى. تفرض أحجام الرقاقات الأكبر حجمًا متطلبات أكثر صرامة فيما يتعلق بالتحكم في العيوب، وتوحيد السُمك، ومستويات التواء، وجودة السطح، ونوافذ العملية الفوقي اللاحقة. سلطت شركة Wolfspeed، في إعلانها التجاري للمنتج مقاس 200 مم، الضوء على وجه التحديد على مواصفات المعلمات المحسنة للرقائق العارية مقاس 350 ميكرومتر وقيمة التطعيم المحسن وتوحيد السماكة في طبقة 200 مم للحصول على إنتاجية MOSFET. وهذا يعني أن المنافسة على مسافة 200 ملم هي معركة من حيث الإنتاجية والتكلفة والقدرة على التصنيع. أي شخص يمكنه التحكم بشكل ثابت في جودة الرقاقة بأبعاد أكبر، وتحسين الإنتاجية بشكل مستمر، وخفض تكلفة الوحدة، سيكون في وضع أفضل لترجمة سعة 200 مم إلى حصة في السوق وربحية.
لماذا تستخدم المواد الكاشطة الدقيقة القائمة على الألومينا-؟
في هذه الموجة من المنافسة، يتم تضخيم أهمية المعالجة الدقيقة للرقائق وهندسة الأسطح من جديد. بالنسبة للرقائق، لا تؤثر خطوات المعالجة على كفاءة إزالة المواد فحسب، بل تحدد بشكل مباشر جودة السطح، والتي تؤثر بدورها على النضوج اللاحق، وتصنيع الجهاز، وفي النهاية، العائد النهائي. يعتبر هذا التحدي حادًا بشكل خاص بالنسبة لـ SiC: فهو يجمع بين الصلابة العالية والهشاشة العالية والخمول الكيميائي القوي. وتصفها الأدبيات العامة بأنها مادة -صعبة التجهيز-حيث "يجب أن تتواجد عملية الإزالة الفعالة مع تقليل التحكم في الضرر." وهذا هو بالضبط السبب وراء بقاء عمليات الطحن، واللف/التلميع، وCMP بالغة الأهمية في تصنيع الرقاقات. لهذا السبب، فإن المواد الرئيسية المستخدمة في معالجة رقائق SiC تنتقل من المواد الاستهلاكية المساعدة التقليدية إلى المتغيرات الهامة التي تؤثر على الإنتاجية والتكلفة. بالنسبة لمثل هذه المواد الصلبة والهشة، كان التحدي الأساسي للأنظمة الكاشطة دائمًا هو: من ناحية، ضمان كفاءة إزالة كافية، ومن ناحية أخرى، تقليل الأضرار السطحية وتحت السطحية. بالمقارنة مع أسلوب الإزالة الأكثر اعتدالًا للأنظمة القائمة على-السيليكا، توفر الألومينا، بصلابتها العالية وقدرتها على الإزالة الميكانيكية الأقوى، قيمة تطبيق أكثر عملية في سيناريوهات التلميع الخشن-من SiC والتلميع شبه النهائي وسيناريوهات CMP حيث يتم التركيز على تحسين الكفاءة. تشير الأبحاث العامة أيضًا إلى أنه على الرغم من استخدام SiO₂ على نطاق واسع في تلميع الدوائر المتكاملة التقليدية، فإنه غالبًا ما يعاني من صلابة غير كافية لـ SiC، مما يحد من معدل الإزالة وكفاءة المعالجة. على النقيض من ذلك، يمكن أن يعزز Al₂O₃ إجراء الإزالة الميكانيكية، وبالتالي زيادة معدل إزالة المواد في SiC CMP. علاوة على ذلك، واستنادًا إلى المعلومات التي تم جمعها أثناء زيارات موقع الصناعة، تسعى بعض مصانع الرقاقات بنشاط إلى اختبار واختبار مواد التصفيح/الصقل القائمة على الألومينا- لرقائق SiC - مما يؤكد أن هذا النهج ليس مجرد نظري ولكنه ينتقل تدريجيًا إلى التحقق العملي. بالطبع، يجب أن ندرك أن الفرصة التي يوفرها زيادة-200 مم SiC لن تفيد مساحيق الألومينا العادية. المستفيدون الحقيقيون هم مواد كاشطة الألومينا الدقيقة التي يمكنها الدخول إلى النظام البيئي لمعالجة الرقائق، وتلبية متطلبات النقاء العالي، والتوزيع الضيق لحجم الجسيمات، والتكتل المنخفض، واستقرار التشتت العالي، وتوافق الملاط. وللمضي قدمًا إلى أبعد من ذلك، فإن ما تؤهله المصانع وتتحقق من صحتها حقًا ليس في كثير من الأحيان مساحيق جافة مفردة، بل أنظمة كاشطة وتركيبات ملاط وحلول معالجة كاملة يمكن أن تعمل بثبات ضمن نافذة العملية الخاصة بالعميل. بمعنى آخر، ما تحتاجه الصناعة حقًا ليس مجرد الألومينا التي "يمكن طحنها"، ولكن أنظمة الكشط الدقيقة القائمة على الألومينا-والتي "يمكنها تحسين الكفاءة والتحكم في الضرر".