Silikon gofret:Üretimi zordur ve bariyerleri yüksektir. Bu makale özellikle silikon gofret teknolojisi üretim sürecini, üretimmaliyeti analizini ve ana engelleri tanıtmaktadır.
Silikongofret üretim teknolojisi süreci
Silikon gofretlerin hammaddesi, doğrudan doğada çıkarılabilen, yaygın olarak kum olarak adlandırılan kuvarstır. Gofret üretim sürecibirkaç adımda tamamlanabilir. Oksijensizleştirme saflaştırması, polikristal silikonun ekstraksiyonu, monokristal silikon külçeler (silikon çubuklar), fıçı öğütme, gofretkesme, gofret parlatma, tavlama, test etme, paketleme ve diğer adımlar.
Deoksidasyon ve arıtma: Silikon gofret üretim tesisinin hammaddesi kuvars cevheri,kuvars cevherinin ana hammaddesi ise silikon dioksittir (SiO2). İlk olarak,kuvars cevheri oksijensizleştirme ile saflaştırılır, ana işlemler ayırma, manyetikayırma, yüzdürme, yüksek sıcaklıkta gazgiderme vb. Esas olarak demir, alüminyumve diğer safsızlıklar gibi cevherdeki ana safsızlıkları çıkarın.
Polikristal silikonun rafine edilmesi: Nispeten saf SiO2elde edildikten sonra, monokristal silikon üretmek için kimyasal bir reaksiyonagirer. Ana reaksiyon SiO2+CàSi+CO'dur ve karbon monoksit (CO), reaksiyon tamamlandıktan hemen sonra buharlaşacak bir gazdır. Böylecesadece silikon kristalleri kalır. Şu anda silikon polikristalsilikondur ve ham silikondur ve demir, alüminyum, karbon, bor, fosfor, bakır ve diğer elementlergibi bazı safsızlıklar vardır.
SiHCl3+H2àSi+3HCl，SICl4+2H2àSi+4HC.
Fazla safsızlıklarıfiltrelemek için ham silikonun salamura edilmesi gerekir.Yaygın olarak kullanılan asitler hidroklorik asit (HCl), sülfürik asit (H2SO4), vs.'dir. Asitleme işleminde demir, alüminyum ve diğer elementler de asitte çözülürve süzülür. Ancak silikon ayrıcaSiHCl3 (triklorosilan) veya SiCl4 (silikon tetraklorür) üretmek için asitle reaksiyona girer. Ancak bu iki maddenin her ikiside gaz halindedir, bu nedenle asitlemeden sonra orijinal demir, alüminyum ve diğersafsızlıklarasitte çözülür, ancak silikon gaz haline gelir. Son olarak yüksek saflıkta gaz halindeki SiHCl3 veya SiCl4, yüksek saflıkta polisilikon, SiHCl3+H2àSi+3HCl, SICl4+2H2àSi+4HCl elde etmek için hidrojen ile indirgenir. Bu zamanda, üretim için polisilikon elde edilir.
CZ (Düz Çekme Yöntemi)
Czochralski (CZ) yöntemi silikon gofretler esas olarakmantık ve bellek yongalarında kullanılır ve pazarın yaklaşık %95'ini oluşturur;Czochralski yöntemi ilk olarak 1918'de Czochralski'nin erimiş metalden incefilamentler çekmesiyle ortaya çıkmıştır, bu nedenle CZ yöntemi olarak daadlandırılır. Bu, günümüzde monokristal silikonu büyütmek için kullanılan ana teknolojidir. Ana işlem,polikristal silikonu potaya koymak, eritmek için ısıtmak, daha sonra bir parça tekkristal silikon tohum kristalini kelepçelemek, pota üzerinde askıya almak veeriyiğin bir ucunu düz çekerken eriyene kadar sokmak ve sonra yavaşça döndürün, yukarı çekin. Bu şekilde, sıvı ve katı arasındaki arayüz, tek bir kristal oluşturmak üzere kademeli olarak yoğunlaşacaktır. İşlemin tamamı tohumkristalini kopyalama işlemi olarak görülebildiğinden, üretilen silikon kristalleri tekkristalli silikondur. Ek olarak, gofret dopingi, tek kristalin çekilmesi sürecinde de gerçekleştirilir ve genellikle iki tip sıvı faz dopingive gaz fazı dopingi vardır. Sıvı faz dopingi, potadaki P-tipi veyaN-tipi elementlerin dopingini ifade eder.Tek kristalin çekilmesi sürecinde, bu elementler doğrudan silikonçubuğun içine çekilebilir.
Çap namlu: 6 inç, 8 inç, 12 inç ve benzeri gibi standartçaplı silikon çubuklar elde etmek için tek kristalleri çekmesürecinde tek kristal silikon çubukların çapını kontrol etmek zor olduğundan. Tekkristal çekildikten sonra, silikon külçenin çapı yuvarlanacak ve yuvarlanan silikonçubuğun yüzeyipürüzsüzolacak ve boyut hatası daha küçük olacaktır.
Kesme ve pah kırma: Silikon külçe elde edildikten sonra gofretkesilir, silikon külçe sabit bir kesme makinesine yerleştirilir veayarlanan kesme programına göre kesim yapılır. Silikonçipin küçük kalınlığı nedeniyle,kesimden sonra silikon çipin kenarı çok keskindir. Pah kırmanın amacı pürüzsüz bir kenar oluşturmaktır. Pahlı silikon çipindaha düşük bir merkez gerilimi vardır, bu da onudaha güçlü kılar vegelecekteki çip üretiminde kırılması kolay değildir.
Parlatma: Parlatmanın temel amacı, gofret yüzeyini daha pürüzsüz, hasarsız halegetirmek ve her bir gofretin kalınlığının yeknesaklığını sağlamaktır.
Test paketi: Cilalı silikon levhayı aldıktan sonra, silikon levhanındirenç ve diğer parametreler gibi elektriksel özelliklerini testetmek gerekir. Çoğu silikon gofret fabrikasıepitaksiyel gofret hizmetleri sunar.Epitaksiyel gofretlere ihtiyaç duyulursaepitaksiyel gofret büyütme işlemi yapılır. Epitaksiyel gofret gerekli değilse,paketlenecek ve diğer epitaksiyel gofret fabrikalarına veyagofret fabrikalarına gönderilecektir.
FZ (bölge eritmeyöntemi)
Bölge eritme (FZ) silikon yonga levhaları, pazarın yaklaşık %4'ünü oluşturan bazı güç yongalarında esas olarak kullanılır; FZ (bölge eritme) ile yapılan silikon levhalar, esas olarak güç cihazları olarak kullanılır. Ek olarak, silikon gofretlerin boyutu esas olarak 8 inç ve 6 inç'tir Şu anda silikongofretlerin yaklaşık %15'i bölge eritme ile yapılmaktadır. CZ yöntemi ileyapılan silikongofretlerle karşılaştırıldığında FZ yöntemininen büyük özelliği özdirencininnispeten yüksek olması, saflığının daha yüksek olması ve yüksek voltajadayanabilmesidir.Cihaz silikon gofretleri entegre devrelerde nadiren kullanılır.
Bölge eritme yöntemi, monokristal silikon çubuklar yapmak için üç adıma bölünmüştür: polikristalsilikonun ısıtılması, tohum kristaliile temas ettirilmesi ve tek kristalin aşağı döndürülmesi. Vakum veya inert gaz ortamı altındaki bir fırın odasında, polisilikonçubuğu, ısıtılan alandakipolisilikon eriyerek bir erimiş bölge oluşturacak şekilde eriyene kadar ısıtmak için bir elektrik alanı kullanılır. Daha sonra tohum kristali, erime bölgesi ile temas kurmak ve eritmekiçin kullanılır. Sonolarak, elektrik alanının ısıtma konumunuhareket ettirerek, polisilikon üzerindekierime bölgesi sürekli olarak yukarı doğru hareketettirilirken, tohum kristali yavaş yavaş döndürülür ve kademeli olarak tek bir kristalsilikon çubuk oluşturmak üzere aşağı doğru gerilir. Bölgeeritme yönteminde potalar kullanılmadığından, birçok kirlilik kaynağından kaçınılır ve bölge eritmefaradını kullanan tekkristal yüksek saflık özelliklerinesahiptir.
Silikon gofret üretimmaliyetinin analizi
Yeni enerji silikongofret üretimmaliyeti
Fotovoltaik silikon levhaların maliyetikabaca silikon malzeme maliyeti, kristal büyütme maliyeti ve kesme maliyetiolarak ikiye ayrılabilir. Bunlar arasında, silikon malzemenin maliyeti, toplammaliyetin yaklaşık %50'sini oluşturan ana maliyet tüketen kısımdır. Monokristalsilikon ve polikristal silikon, kristal büyüme süreci için farklıgereksinimlere sahip olduğundan, monokristal silikon gofretler ve polikristalsilikon gofretler arasındaki ana maliyet farkı, kristal büyüme sürecidir.Dilimleme işleminde, silikon gofret üreticileri, maliyeti paylaşmak içinkesilen gofret miktarını artırabilir. Kristal büyütme sürecinde ekipman,elektrik, özel gaz ve işçilik maliyetleri.
Monokristal silikon üretim maliyeti: Silikon maliyeti ve dilimleme açısından monokristalsilikon ve polikristal silikon arasındaki fark çok büyük değildir. Kristal büyüme bağlantısı, anamaliyet farkıdır.Monokristal silikon gofretlerin maliyet yapısı açısından, silikonmalzemenin maliyeti yaklaşık %50'yi, monokristal silikon çubukları çekme maliyetitoplam maliyetin yaklaşık %33'ünü ve kesme maliyeti yaklaşık %17'sini oluşturur. . Tek kristal çekme işleminin maliyet yapısında, potamaliyetleri ve elektrik maliyetleri ana maliyet kaynaklarıdır ve ikisi birlikteyaklaşık %45'tir.Kalan maliyete grafit termal alanı ve amortisman giderleri hakimdir. Pota maliyeti açısından, tek kristaliçekmek için kuvars pota, yüksek sıcaklık, soğutma ve diğer adımlardan sonraçatlayacak veya kırılacak vetekrar kullanılmasını imkansız halegetirecektir. Ayrıca, tek kristallerin çekilmesi, pota temizliği için yüksek gereksinimlere sahip olduğundan, kullanılan potalar temizliği garanti edemez vetek kristal silikon, pota kalitesi için daha yüksek gereksinimlere sahiptir. Bunedenle, tek kristalleri çekmeye yönelik pota pahalıdır ve yeniden kullanılamaz.
Polikristal silikon üretim maliyeti: Polikristalsilikonun üretim süreci sırasında tek kristali çekmeye gerek yoktur, bu nedenlekristal büyümesinin maliyeti nispeten düşüktür. Kristal büyütme maliyeti, toplam maliyetin yalnızca%12'sini oluşturur. Maliyetin ana kaynağı,toplam maliyetin yaklaşık %52'sini oluşturan silikon malzeme maliyetidir. İkincisi,toplam maliyetin yaklaşık %29'unu oluşturan kesme maliyetidir. Grafit termal alanı,polisilikon büyümesinin maliyetinin en yüksek oranını oluştururve %28'e ulaşır. Bunu sırasıyla %16,7, %16,7 ve %13,9 ile pota, amortisman veelektrik maliyetleri izledi. Polikristal silikon levhalar esas olarakfotovoltaik ürünlerde kullanıldığından ve kademeli olarak monokristal silikon levhalarladeğiştirildiğinden, polikristal silikon levhalarınmaliyetini düşürmek için fazla yer yoktur.
Yarı iletken gofret üretimmaliyeti
Yarı iletken silikon gofretlerin maliyet yapısı dahakarmaşıktır: yarı iletken silikon gofretler, saflık veelektriksel özellikler açısından yeni enerji silikon gofretlerine göre daha yüksek gereksinimlere sahiptir, bu nedenle üretim sürecinde daha fazla saflaştırma adımı vehammadde tedariki gereklidir, bu da daha fazla çeşitlendirme ile sonuçlanır. üretim hammadde türleri. Bunedenle, silikon malzeme maliyetlerinin oranınispeten azalır, ancak imalat maliyetlerinin oranınispeten artacaktır. Aynı zamanda, yeni enerji silikon gofretlerin maliyetiylekarşılaştırıldığında, yarı iletken silikon gofretlerin doğrudanmalzemesi ana işletme maliyeti bileşenidir: yarı iletken silikon gofretler için hammadde maliyeti anamaliyettir ve bunun yaklaşık %47'sini oluşturur. ana iş maliyeti. İkincisi, yaklaşık %38,6 ile üretim giderleridir.Yarı iletken imalat sanayine benzer şekilde,silikon gofret endüstrisi, sabit kıymetyatırımı talebinin yüksek olduğusermaye yoğun bir endüstridir ve sabit kıymetin amortismanı nedeniyle daha yüksek imalat giderleri oluşacaktır. makine ve teçhizat gibi varlıklardır. Sonolarak, doğrudan işçilik maliyetleri yaklaşık %14,4'ü oluşturmuştur.
Polisilikon, hammaddelerin ana maliyet bileşenidir:Silikon gofret imalatının hammadde maliyetleri arasında,polisilikon ana hammaddedir ve yaklaşık %30,7'sini oluşturur. İkincisi, yaklaşık %17,0'lik bir paya sahip olan ambalajmalzemeleridir. Yarı iletken silikon gofretler, özellikle son derece kolayoksitlenen silikon gofretler için temizlik ve vakum için yüksek gereksinimlere sahip olduğundan,paketleme gereksinimleri yeni enerji silikon gofretlere göre çok daha yüksekolacaktır. Bu nedenle, maliyet yapısındaambalaj malzemeleri nispeten yüksek bir oranasahiptir. Kuvars pota, hammadde maliyetlerinin yaklaşık%8,7'sini oluşturmaktadır. Yarı iletken silikon gofretlerin imalatındakullanılan kuvars potalar da tek kullanımlık potalardır, ancak potanın fiziksel ve termal özellikleri daha zorludur.Parlatma sıvısı, taşlama taşları ve parlatma pedleri toplamın%13,8'ini oluşturur ve bunlar esas olarak silikon gofretlerin parlatılması işlemindekullanılır.
Su ve elektrik maliyetleri, üretim maliyetlerininyaklaşık %15'ini oluşturur: üretimmaliyetlerinde, toplam üretim maliyetlerinin yaklaşık%15'ini su ve elektriğin toplam maliyeti oluşturur, bunun elektrik maliyetiyaklaşık %11,4 ve su maliyeti yaklaşık %3,4'tür. . Karşılık gelen miktar açısından, Silikon Endüstri Grubunun 2018 mali verilerine göre, toplam elektrik ve sumaliyeti, polisilikon malzemelerin yaklaşık yarısını oluşturanambalaj malzemelerinin maliyetine eşdeğerdir. Elektrik maliyeti, kuvars potadan yaklaşık %20oranında biraz daha yüksektir.
Silikon gofret üretimininönündeki ana engeller
Silikon gofretler, özellikle yarı iletkengofretler için nispeten yüksekbariyerlere sahiptir.Dört ana engel vardır: teknik bariyerler, sertifikabariyerleri, ekipman bariyerleri ve sermaye bariyerleri.
Teknik engeller: Silikon gofretlerin teknik göstergelerinispeten büyüktür.Genel boyuta, cilalı gofret kalınlığına vb. ekolarak, silikon gofretin eğriliği, direnci ve eğriliği de vardır. 300 mm'likana akım silikon levhalar için, 200 mm levhalara kıyasla gelişmiş üretimsüreçlerinde silikon levhaların homojenliği için daha yüksek gereksinimler nedeniyle, 300 mm'yiizlemek için düzlük, çarpıklık, eğrilik, yüzey metal kalıntıları ve diğerparametreler eklenmiştir. gofretler. Saflık açısından, gelişmiş prosessilikon gofretler, silikon gofret tedarikçileri için ana teknik engel olanyaklaşık 9N (%99,999999) -11N (%99,999999999) gerektirir.Silikon gofret son derece özelleştirilmiş bir üründür; saflık silikon gofretin en temelparametresidir ve aynı zamanda ana teknik engeldir. Ayrıca silikongofretler evrensel ürünler değildir ve kopyalanamaz. Çeşitli dökümhanelerdeki büyük silikon levhaların özellikleri tamamen farklıdır ve çeşitli nihai ürünlerin farklı kullanımları da silikonlevhaların tamamen farklı gereksinimlerine ve özelliklerineyol açacaktır. Bu, silikon gofret üreticilerinin farklı son müşteri ürünlerine görefarklı silikon gofretler tasarlamasını ve üretmesini gerektirir, bu da silikongofret tedarikinin zorluğunu artırır.
Sertifikasyon engelleri: Çip üreten şirketler, çeşitlihammaddelerin kalitesi için katı gereksinimlere sahiptir vetedarikçi seçiminde de çok dikkatlidirler. Çip üreten şirketlerin tedarikçileri listesinegirmek için yüksek engeller var. Genellikle, çip imalat şirketleri,silikon gofret tedarikçilerinden deneme üretimi için bazı silikon gofretler sağlamalarını isteyecektirve bunların çoğu, gofret seri üretim gofretlerinden ziyade test gofretleriiçin kullanılır. Test gofretlerini geçtiktensonra, seri üretim gofretler küçük partiler halinde deneme üretimine tabi tutulacak.İç sertifikayı geçtiktensonra, çip imalat şirketi ürünleri alt müşterilere gönderecek.Müşteri sertifikasını aldıktan sonra,silikon gofret tedarikçisi nihayet olacak sertifikalı Satın alma sözleşmesini imzalayın. Yarı iletkengofret firmalarının ürünlerinin çip üretenfirmaların tedarik zincirine girmesi uzun zaman alırken, yenitedarikçiler için en kısa sertifikasyon döngüsü de 12-18 ay sürmektedir. Ekolarak, test gofretlerinden seri üretilen gofretlere kadar sertifikasyonengelleri: Şu anda, yerli 12 inç gofretlerin çoğu testgofretlerinin tedarikinde kalıyor, ancak test gofretleri içinsertifikasyon prosedürleri ve seriüretilen gofretler için sertifika prosedürleri tamamen farklıdır Seri üretilen silikon gofretler içinsertifika Standartlar daha katıdır. Test silikonu talaş üretmediğinden, yalnızca dökümhanenin kendisi tarafındanonaylanması ve yalnızca mevcut üretim yerinde sertifikalandırılması gerekir.Ancak, seri olarak üretilen silikongofretler için, terminal fablss müşterisi tarafındansertifikalandırılmalı ve partiler halinde tedarikedilebilmesi için tüm üretim sürecinin her adımındaizlenmelidir. Normal şartlar altında, silikon gofret beslemesinin vetalaş veriminin stabilitesini korumak için. Bir gofret üreticisi ve bir silikon gofrettedarikçisi bir kez tedarik ilişkisi kurduktan sonra, tedarikçilerikolayca değiştiremeyecekler ve her iki taraf dabireysel ihtiyaçları karşılamak için bir geri bildirimmekanizması kurmuş ve silikon gofret tedarikçileri ilemüşteriler arasındaki yapışkanlık artmayadevam ediyor. Tedarikçiler arasına yeni bir silikon gofret üreticisi katılırsa, orijinaltedarikçiden daha yakın işbirliği ve daha yüksek gofret kalitesi sağlamalıdır. Bu nedenle,silikon çip endüstrisinde, silikonçip tedarikçileri ve gofret üreticileri daha fazla yapışkanlığa sahiptir veyeni tedarikçilerin yapışkanlığı kırmaları daha zordur.
Ekipman engelleri: Silikon gofret üretimi için temelekipman, silikon gofretlerde "litografi makinesi" olarak tanımlanabilecektek bir kristal fırındır. Uluslararası ana akım silikongofret üreticilerinin tek kristal fırınlarının tamamı kendileritarafından üretilmektedir.Örneğin, Shin-Etsu ve SUMCO'nun tek kristal fırınları, diğer silikongofret üreticileri tarafından satın alınamayan, şirket tarafından veya birholding iştiraki aracılığıyla bağımsız olarak tasarlanır ve üretilir. Diğer büyük silikongofret üreticilerinin kendi bağımsız tek kristalfırın tedarikçileri vardır ve katı gizlilik anlaşmaları imzalamışlardır.Sonuçolarak, harici silikon gofret üreticilerisıradan tek kristal fırınları satın alamaz veya yalnızca satınalabilirler.Yüksek özellikli tekkristal fırınlar için Mevcut değil. Bunedenle, ekipman bariyeri aynı zamanda yerli üreticilerin dünyadakiana silikon gofret tedarikçilerine girememesinin nedenidir.
Mali engeller: Yarıiletken silikon levhaların üretim süreci karmaşıktır ve gelişmiş ve pahalı üretim ekipmanlarının satın alınması ve ayrıca müşterilerin farklı ihtiyaçlarına göre sürekli olarak değiştirilmesi ve hata ayıklanmasıgerekir. Ekipman amortismanı gibi yüksek sabitmaliyetler nedeniyle, alt talepteki değişiklikler silikon gofret şirketlerininkapasite kullanım oranı üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir ve dolayısıyla silikon gofret üreten şirketlerin karları üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Özellikle silikon gofret endüstrisinde yeni olan şirketler, sevkiyat ölçeğine ulaşmadanhemen hemen her zaman zararda olmuştur ve sermaye engelleri için yüksek gereksinimleri vardır. Ayrıcagofret fabrikası, silikon gofretler için uzun bir sertifikasyon döngüsüne sahip olduğundan,bu süre zarfındasilikon gofret üreticilerinin sürekli yatırımını ve ayrıca büyük miktarda sermaye gerektirir.