مدفوعة بالارتفاع السريع للسيارات الكهربائية، وأنظمة الطاقة المتجددة، وتقنيات الاتصالات من الجيل التالي، دخلت صناعة ركائز كربيد السيليكون (SiC) فترة توسع متسارع. كمادة أساسية في أشباه الموصلات ذات الفجوة الواسعة، يتيح SiC أداء أجهزة ذات درجة حرارة عالية وجهد عالٍ وتردد عالٍ يتجاوز حدود السيليكون التقليدي. مع زيادة القدرة الإنتاجية، يتجه السوق نحو اعتماد أوسع، وتكاليف أقل، وتعزيز مستمر للتكنولوجيا.
كربيد السيليكون (SiC) هو مركب صناعي يتكون من السيليكون والكربون. يتميز بنقطة انصهار عالية جدًا (~2700 درجة مئوية)، وصلابة لا تضاهيها سوى الألماس، وتوصيل حراري عالي، وفجوة نطاق واسعة، ومجال كهربائي انهيار عالي، وسرعة انحراف تشبع إلكتروني سريعة. هذه الخصائص تجعل SiC واحدة من أهم المواد للإلكترونيات والطاقة وتطبيقات الترددات الراديوية.
يتم تصنيف ركائز SiCحسب المقاومة الكهربائية:
ركائز شبه عازلة (≥10⁵ Ω·سم)، تستخدم لأجهزة GaN-on-SiC RF في اتصالات الجيل الخامس والرادار والإلكترونيات عالية التردد.
ركائز موصلة (15–30 mΩ·سم)، تستخدم لرقائق SiC الظهارية في أجهزة الطاقة للسيارات الكهربائية والطاقة المتجددة والوحدات الصناعية وعبور السكك الحديدية.
تتكون سلسلة قيمة SiC من تخليق المواد الخام، ونمو البلورات، وتصنيع السبائك، وتقطيع الرقائق، والطحن، والتلميع، والنمو الظهاري، وتصنيع الأجهزة، والتطبيقات النهائية. من بين هذه الخطوات، يمثل تصنيع الركائز أعلى الحواجز التقنية والمساهمة في التكلفة، حيث يمثل حوالي 46٪ من إجمالي تكلفة الجهاز.
تدعم الركائز شبه العازلة تطبيقات الترددات الراديوية عالية التردد، بينما تخدم الركائز الموصلة أسواق الأجهزة عالية الطاقة والجهد العالي.
يتطلب إنتاج ركائز SiC العشرات من الخطوات عالية الدقة للتحكم في العيوب والنقاء والتوحيد.
يتم خلط مساحيق السيليكون والكربون عالية النقاء وتفاعلها في درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية لتكوين مسحوق SiC مع مراحل بلورية ومستويات شوائب يتم التحكم فيها.
نمو البلورات هو الخطوة الأكثر أهمية التي تؤثر على جودة الركيزة. تشمل الطرق الرئيسية:
PVT (نقل البخار الفيزيائي): الطريقة الصناعية السائدة حيث يتسامى مسحوق SiC ويعيد التبلور على بلورة البذور.
HTCVD (CVD عالي الحرارة): يتيح نقاء أعلى ومستويات عيوب أقل ولكنه يتطلب معدات أكثر تعقيدًا.
LPE (النمو الظهاري للمرحلة السائلة): قادر على إنتاج بلورات منخفضة العيوب ولكنه أعلى تكلفة وأكثر تعقيدًا في التوسع.
يتم توجيه البلورة النامية وتشكيلها وطحنها إلى سبائك موحدة.
تقوم مناشير الأسلاك الماسية بتقطيع السبيكة إلى رقائق، والتي تخضع لفحص الاعوجاج والانحناء وTTV.
تعمل العمليات الميكانيكية والكيميائية على ترقيق السطح وإزالة التلف وتحقيق تسطح على مستوى النانومتر.
تزيل الإجراءات فائقة النظافة الجسيمات وأيونات المعادن والملوثات العضوية، مما ينتج عنه ركيزة SiC النهائية.
تشير الأبحاث الصناعية إلى أن سوق ركائز SiC العالمية وصل إلى حوالي 754 مليون دولار أمريكي في عام 2022، مما يمثل نموًا بنسبة 27.8٪ على أساس سنوي. من المتوقع أن يصل السوق إلى 1.6 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2025.
تمثل الركائز الموصلة حوالي 68٪ من الطلب، مدفوعة بالمركبات الكهربائية والطاقة المتجددة. تمثل الركائز شبه العازلة حوالي 32٪، مدفوعة بتطبيقات الجيل الخامس والتطبيقات عالية التردد.
تتمتع الصناعة بعتبات تقنية عالية، بما في ذلك دورات البحث والتطوير الطويلة، والتحكم في عيوب البلورات، ومتطلبات المعدات المتقدمة. في حين أن الموردين العالميين يحتلون حاليًا مراكز قوية في الركائز الموصلة، فإن المصنعين المحليين يعملون على تحسين جودة نمو البلورات بسرعة، والتحكم في كثافة العيوب، وقدرات القطر الكبيرة. ستعتمد القدرة التنافسية من حيث التكلفة بشكل متزايد على تحسين الإنتاجية وحجم الإنتاج.
يعد الانتقال إلى رقائق ذات قطر كبير أمرًا ضروريًا لتقليل التكلفة لكل جهاز وتعزيز الإنتاج.
تنتقل الركائز شبه العازلة من 4 بوصات إلى 6 بوصات.
تنتقل الركائز الموصلة من 6 بوصات إلى 8 بوصات.
يعد تقليل الأنابيب الدقيقة وتشوهات المستوى القاعدي وأخطاء التراص أمرًا أساسيًا لتحقيق تصنيع أجهزة عالية الإنتاجية.
مع وصول المزيد من الشركات المصنعة إلى الإنتاج على نطاق صناعي، ستعمل مزايا التكلفة واستقرار العرض على تسريع الاعتماد العالمي لأجهزة SiC.
تأتي قوة النمو القوية من السيارات الكهربائية، والبنية التحتية للشحن السريع، والخلايا الكهروضوئية، وأنظمة تخزين الطاقة، ووحدات الطاقة الصناعية، وأنظمة الاتصالات المتقدمة.
تدخل صناعة ركائز كربيد السيليكون نافذة نمو استراتيجية تتميز بتوسيع التطبيقات والتقدم التكنولوجي السريع وزيادة حجم الإنتاج. مع زيادة أحجام الرقائق وتحسن جودة البلورات، سيلعب SiC دورًا متزايد الأهمية في كهربة العالم وأنظمة تحويل الطاقة. ستغتنم الشركات المصنعة التي تقود في التحكم في العيوب وتحسين الإنتاجية وتكنولوجيا القطر الكبير المرحلة التالية من فرصة السوق.
مدفوعة بالارتفاع السريع للسيارات الكهربائية، وأنظمة الطاقة المتجددة، وتقنيات الاتصالات من الجيل التالي، دخلت صناعة ركائز كربيد السيليكون (SiC) فترة توسع متسارع. كمادة أساسية في أشباه الموصلات ذات الفجوة الواسعة، يتيح SiC أداء أجهزة ذات درجة حرارة عالية وجهد عالٍ وتردد عالٍ يتجاوز حدود السيليكون التقليدي. مع زيادة القدرة الإنتاجية، يتجه السوق نحو اعتماد أوسع، وتكاليف أقل، وتعزيز مستمر للتكنولوجيا.
كربيد السيليكون (SiC) هو مركب صناعي يتكون من السيليكون والكربون. يتميز بنقطة انصهار عالية جدًا (~2700 درجة مئوية)، وصلابة لا تضاهيها سوى الألماس، وتوصيل حراري عالي، وفجوة نطاق واسعة، ومجال كهربائي انهيار عالي، وسرعة انحراف تشبع إلكتروني سريعة. هذه الخصائص تجعل SiC واحدة من أهم المواد للإلكترونيات والطاقة وتطبيقات الترددات الراديوية.
يتم تصنيف ركائز SiCحسب المقاومة الكهربائية:
ركائز شبه عازلة (≥10⁵ Ω·سم)، تستخدم لأجهزة GaN-on-SiC RF في اتصالات الجيل الخامس والرادار والإلكترونيات عالية التردد.
ركائز موصلة (15–30 mΩ·سم)، تستخدم لرقائق SiC الظهارية في أجهزة الطاقة للسيارات الكهربائية والطاقة المتجددة والوحدات الصناعية وعبور السكك الحديدية.
تتكون سلسلة قيمة SiC من تخليق المواد الخام، ونمو البلورات، وتصنيع السبائك، وتقطيع الرقائق، والطحن، والتلميع، والنمو الظهاري، وتصنيع الأجهزة، والتطبيقات النهائية. من بين هذه الخطوات، يمثل تصنيع الركائز أعلى الحواجز التقنية والمساهمة في التكلفة، حيث يمثل حوالي 46٪ من إجمالي تكلفة الجهاز.
تدعم الركائز شبه العازلة تطبيقات الترددات الراديوية عالية التردد، بينما تخدم الركائز الموصلة أسواق الأجهزة عالية الطاقة والجهد العالي.
يتطلب إنتاج ركائز SiC العشرات من الخطوات عالية الدقة للتحكم في العيوب والنقاء والتوحيد.
يتم خلط مساحيق السيليكون والكربون عالية النقاء وتفاعلها في درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية لتكوين مسحوق SiC مع مراحل بلورية ومستويات شوائب يتم التحكم فيها.
نمو البلورات هو الخطوة الأكثر أهمية التي تؤثر على جودة الركيزة. تشمل الطرق الرئيسية:
PVT (نقل البخار الفيزيائي): الطريقة الصناعية السائدة حيث يتسامى مسحوق SiC ويعيد التبلور على بلورة البذور.
HTCVD (CVD عالي الحرارة): يتيح نقاء أعلى ومستويات عيوب أقل ولكنه يتطلب معدات أكثر تعقيدًا.
LPE (النمو الظهاري للمرحلة السائلة): قادر على إنتاج بلورات منخفضة العيوب ولكنه أعلى تكلفة وأكثر تعقيدًا في التوسع.
يتم توجيه البلورة النامية وتشكيلها وطحنها إلى سبائك موحدة.
تقوم مناشير الأسلاك الماسية بتقطيع السبيكة إلى رقائق، والتي تخضع لفحص الاعوجاج والانحناء وTTV.
تعمل العمليات الميكانيكية والكيميائية على ترقيق السطح وإزالة التلف وتحقيق تسطح على مستوى النانومتر.
تزيل الإجراءات فائقة النظافة الجسيمات وأيونات المعادن والملوثات العضوية، مما ينتج عنه ركيزة SiC النهائية.
تشير الأبحاث الصناعية إلى أن سوق ركائز SiC العالمية وصل إلى حوالي 754 مليون دولار أمريكي في عام 2022، مما يمثل نموًا بنسبة 27.8٪ على أساس سنوي. من المتوقع أن يصل السوق إلى 1.6 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2025.
تمثل الركائز الموصلة حوالي 68٪ من الطلب، مدفوعة بالمركبات الكهربائية والطاقة المتجددة. تمثل الركائز شبه العازلة حوالي 32٪، مدفوعة بتطبيقات الجيل الخامس والتطبيقات عالية التردد.
تتمتع الصناعة بعتبات تقنية عالية، بما في ذلك دورات البحث والتطوير الطويلة، والتحكم في عيوب البلورات، ومتطلبات المعدات المتقدمة. في حين أن الموردين العالميين يحتلون حاليًا مراكز قوية في الركائز الموصلة، فإن المصنعين المحليين يعملون على تحسين جودة نمو البلورات بسرعة، والتحكم في كثافة العيوب، وقدرات القطر الكبيرة. ستعتمد القدرة التنافسية من حيث التكلفة بشكل متزايد على تحسين الإنتاجية وحجم الإنتاج.
يعد الانتقال إلى رقائق ذات قطر كبير أمرًا ضروريًا لتقليل التكلفة لكل جهاز وتعزيز الإنتاج.
تنتقل الركائز شبه العازلة من 4 بوصات إلى 6 بوصات.
تنتقل الركائز الموصلة من 6 بوصات إلى 8 بوصات.
يعد تقليل الأنابيب الدقيقة وتشوهات المستوى القاعدي وأخطاء التراص أمرًا أساسيًا لتحقيق تصنيع أجهزة عالية الإنتاجية.
مع وصول المزيد من الشركات المصنعة إلى الإنتاج على نطاق صناعي، ستعمل مزايا التكلفة واستقرار العرض على تسريع الاعتماد العالمي لأجهزة SiC.
تأتي قوة النمو القوية من السيارات الكهربائية، والبنية التحتية للشحن السريع، والخلايا الكهروضوئية، وأنظمة تخزين الطاقة، ووحدات الطاقة الصناعية، وأنظمة الاتصالات المتقدمة.
تدخل صناعة ركائز كربيد السيليكون نافذة نمو استراتيجية تتميز بتوسيع التطبيقات والتقدم التكنولوجي السريع وزيادة حجم الإنتاج. مع زيادة أحجام الرقائق وتحسن جودة البلورات، سيلعب SiC دورًا متزايد الأهمية في كهربة العالم وأنظمة تحويل الطاقة. ستغتنم الشركات المصنعة التي تقود في التحكم في العيوب وتحسين الإنتاجية وتكنولوجيا القطر الكبير المرحلة التالية من فرصة السوق.
