Silikon gofretlar yarimo'tkazgich materiallarining asosidir. Ular birinchi navbatda monokristallarni tortib, kremniy tayoqchalarga aylantiriladi, keyin esa kesiladi va tayyorlanadi. Kremniy atomlarining valent elektronlari soni 4 ta, tartib raqami esa oʻrtacha boʻlgani uchun kremniy maxsus fizikaviy va kimyoviy xossalarga ega boʻlib, kimyoviy, fotovoltaik, chip va boshqa sohalarda qoʻllanilishi mumkin. Ayniqsa, chiplar sohasida kremniyning yarimo'tkazgich xususiyatlari uni chiplarning poydevoriga aylantiradi. Fotovoltaiklar sohasida u quyosh energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, kremniy er qobig'ining 25,8% ni tashkil qiladi. Bu qazib olish uchun nisbatan qulay va kuchli qayta ishlashga ega, shuning uchun narx past, bu esa kremniyni qo'llash doirasini yanada oshiradi.
1. Silikon - chip materiallarining asosi Kremniy materiallari birlik hujayralarining turli xil joylashishiga ko'ra, bitta kristalli kremniy va polikristalli kremniyga bo'linadi. Yagona kristalli kremniy va polikristalli kremniy o'rtasidagi eng katta farq shundaki, bitta kristalli kremniyning birlik hujayra tartibi tartibli, polikristalli kremniy esa tartibsizdir. Ishlab chiqarish usullari nuqtai nazaridan, polikristalli kremniy odatda kremniy materialini eritish uchun to'g'ridan-to'g'ri tigel ichiga quyish va keyin uni sovutish orqali amalga oshiriladi. Monokristalli kremniy bitta kristallni tortib, kristall tayoqchaga aylanadi (Choxralski usuli). Jismoniy xususiyatlar nuqtai nazaridan, ikki turdagi kremniyning xarakteristikalari bir-biridan ancha farq qiladi. Monokristalli kremniy kuchli elektr o'tkazuvchanligiga va yuqori fotoelektrik konversiya samaradorligiga ega. Monokristalli kremniyning fotoelektrik konversiya samaradorligi odatda 17% dan 25% gacha, polikristalli kremniyning samaradorligi esa 15% dan past.
▲Yarimoʻtkazgichli kremniy gofretlari va fotovoltaik kremniy gofretlari
▲Yagona kristalli silikon birlik hujayra tuzilishi
Fotovoltaik kremniy gofretlar:Fotoelektrik effekt va monokristalli kremniyning aniq afzalliklari tufayli odamlar quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishni yakunlash uchun kremniy gofretlardan foydalanadilar. Fotovoltaik maydonda odatda burchaklari yumaloq bo'lgan kvadrat monokristalli silikon xujayralari ishlatiladi. Arzonroq polikristalli silikon gofretlar ham qo'llaniladi, ammo konversiya samaradorligi pastroq.
▲Monokristalli kremniy hujayraning old va orqa tomoni
▲Polikristalli kremniy hujayra old va orqa
Fotovoltaik kremniy gofretlari tozalik va burilish kabi parametrlarga past talablarga ega bo'lganligi sababli, ishlab chiqarish jarayoni nisbatan sodda. Misol tariqasida monokristalli kremniy hujayralarini oladigan bo'lsak, birinchi qadam kesish va yumaloq qilishdir. Birinchidan, monokristalli kremniy tayoqni o'lcham talablariga muvofiq kvadrat rodlarga kesib oling va keyin kvadrat novdalarning to'rtta burchagini yumaloqlang. Ikkinchi bosqich - tuzlash, bu asosan monokristalli kvadrat novdalarning sirt aralashmalarini olib tashlashdir. Uchinchi bosqich - kesish. Birinchidan, tozalangan kvadrat tayoqlarni ish taxtasiga yopishtiring. Keyin ishchi taxtani kesgichga qo'ying va belgilangan jarayon parametrlariga muvofiq kesib oling. Nihoyat, monokristalli silikon gofretlarni tozalang va sirt silliqligini, qarshiligini va boshqa parametrlarini kuzatib boring.
Yarimo'tkazgichli silikon plastinalar:Yarimo'tkazgichli kremniy gofretlari fotovoltaik kremniy gofretlarga qaraganda yuqori talablarga ega. Birinchidan, yarimo'tkazgich sanoatida ishlatiladigan barcha kremniy gofretlari kremniy gofretining har bir pozitsiyasining bir xil elektr xususiyatlarini ta'minlash uchun monokristalli kremniydir. Shakli va o'lchamiga ko'ra, fotovoltaik monokristalli kremniy gofretlari kvadrat bo'lib, asosan yon uzunligi 125 mm, 150 mm va 156 mm. Yarimo'tkazgichlar uchun ishlatiladigan monokristalli kremniy gofretlari yumaloq bo'lib, diametri 150 mm (6- dyuymli gofretlar), 200 mm (8- dyuymli gofretlar) va 300 mm (12- dyuymli gofretlar). Tozalik nuqtai nazaridan, fotovoltaiklar uchun ishlatiladigan monokristalli kremniy gofretlari uchun tozalik talabi 4N-6N (99,99%-99,9999%) orasida, ammo yarimo'tkazgichlar uchun ishlatiladigan monokristalli kremniy gofretlari uchun tozalik talabi taxminan. 9N (99,9999999%)-11N (99,999999999%) va minimal tozalik talabi fotovoltaiklar uchun ishlatiladigan monokristalli silikon plastinalardan 1000 baravar yuqori. Tashqi ko'rinishi bo'yicha yarimo'tkazgichlar uchun ishlatiladigan kremniy plastinalarning sirt tekisligi, silliqligi va tozaligi fotovoltaiklar uchun ishlatiladigan kremniy plastinalarga qaraganda yuqori. Soflik fotovoltaiklar uchun ishlatiladigan monokristalli kremniy gofretlari va yarimo'tkazgichlar uchun ishlatiladigan monokristalli kremniy gofretlari o'rtasidagi eng katta farqdir.
▲Yarimo'tkazgichli kremniy gofret ishlab chiqarish jarayoni
Mur qonunining rivojlanishi kremniy gofretlarning rivojlanishi hisoblanadi. Yarimo'tkazgichli kremniy gofretlari yumaloq bo'lganligi sababli, yarim o'tkazgichli kremniy gofretlari "kremniy gofret" yoki "gofret" deb ham ataladi. Gofretlar chip ishlab chiqarish uchun "substrat" bo'lib, barcha chiplar ushbu "substrat" da ishlab chiqariladi. Yarimo'tkazgichli kremniy gofretlarning rivojlanish tarixida ikkita asosiy yo'nalish mavjud: o'lcham va tuzilish.
Hajmi jihatidan kremniy gofretlarning rivojlanish yoʻli tobora kattalashib bormoqda: integral sxemalarni ishlab chiqishning dastlabki bosqichida 0.75-dyuymli gofretlardan foydalanilgan. Gofret maydonini va bitta gofretdagi chiplar sonini ko'paytirish xarajatlarni kamaytirishi mumkin. Taxminan 1965 yilda Mur qonunining kiritilishi bilan integral mikrosxemalar texnologiyasi ham, kremniy gofretlari ham jadal rivojlanish davrini boshlab berdi. Silikon gofretlar 4- dyuym, 6- dyuym, 8- dyuym va 12- dyuymli tugunlardan o‘tgan. 2001-yilda Intel va IBM hamkorlikda 12-dyuymli gofret chiplari ishlab chiqarishni ishlab chiqqanidan beri, hozirgi asosiy kremniy gofreti 12-dyuymli gofretlar boʻlib, taxminan 70% ni tashkil qiladi, ammo 18-dyuymli (450mm) gofret kun tartibiga kiritildi.
▲Har xil o'lchamdagi gofret parametrlari
▲Kremniy gofret hajmini ishlab chiqish
Tuzilish nuqtai nazaridan, silikon gofretlarning rivojlanish yo'nalishi tobora murakkablashib bormoqda: integral mikrosxemalarni ishlab chiqishning dastlabki bosqichida faqat bitta turdagi mantiqiy chip mavjud edi, ammo dastur stsenariylari, mantiqiy chiplar, quvvat qurilmalari soni ortib bormoqda. , analog chiplar, aralash analog va raqamli chiplar, flesh/DRAM saqlash chiplari, radiochastota chiplari va boshqalar birin-ketin paydo bo'lib, kremniy gofretlari turli xil tuzilish shakllariga ega. Endi asosan uchta tur mavjud:
PW (Polsha gofreti):sayqallangan gofret. Yagona kristallarni tortib olgandan so'ng to'g'ridan-to'g'ri kesilgan kremniy gofretlari silliqlik yoki egrilik jihatidan mukammal emas, shuning uchun ularni avval parlatish kerak. Bu usul ham kremniy gofretlarini qayta ishlashning eng ibtidoiy usuli hisoblanadi.
AW (yillik gofret):Tavlangan gofret. Jarayon texnologiyasining uzluksiz rivojlanishi va tranzistor xususiyatlarining o'lchamlarini doimiy ravishda kamaytirish bilan, silliqlangan gofretlarning kamchiliklari asta-sekin oshkor bo'ladi, masalan, kremniy gofretlari yuzasida mahalliy panjara nuqsonlari va silikon gofretlar yuzasida yuqori kislorod miqdori. Ushbu muammolarni hal qilish uchun tavlanadigan gofret texnologiyasi ishlab chiqilgan. Cilalangandan so'ng, silikon gofret yuqori haroratli tavlanish uchun inert gaz (odatda argon) bilan to'ldirilgan o'choq trubasiga joylashtiriladi. Bu nafaqat kremniy gofreti yuzasidagi panjara nuqsonlarini tuzatishi, balki sirtdagi kislorod miqdorini ham kamaytirishi mumkin.
EW (Epitaxy Gofret):epitaksial kremniy gofret. Integral mikrosxemalarni qo'llash stsenariylarining ortib borishi bilan silikon gofret zavodlari tomonidan ishlab chiqarilgan standart silikon gofretlar endi elektr xususiyatlari bo'yicha ba'zi mahsulotlarning talablariga javob bera olmaydi. Shu bilan birga, termal tavlanish bilan qisqartirilgan panjara nuqsonlari tobora kichikroq chiziq kengligi talablariga javob bera olmaydi. Bu epitaksial kremniy gofretlarning paydo bo'lishiga olib keldi. Odatiy epitaksial qatlam kremniy yupqa plyonkadir. Silikon yupqa plyonka qatlami yupqa plyonkani cho'ktirish texnologiyasidan foydalangan holda asl kremniy gofreti asosida o'stiriladi. Silikon substrat kremniy epitaksisida urug 'kristal sifatida mavjud bo'lganligi sababli, epitaksial qatlamning o'sishi kremniy gofretning kristall tuzilishini takrorlaydi. Substrat kremniy gofreti bitta kristall bo'lganligi sababli, epitaksial qatlam ham bitta kristalldir. Biroq, u jilolanmaganligi sababli, o'sishdan keyin silikon gofret yuzasida panjara nuqsonlari juda past darajaga tushirilishi mumkin.
Epitaksiyaning texnik ko'rsatkichlari asosan epitaksial qatlam qalinligi va uning bir xilligi, qarshilikning bir xilligi, korpus metallini nazorat qilish, zarrachalarni nazorat qilish, stacking nosozliklari, dislokatsiyalar va boshqa nuqsonlarni nazorat qilishni o'z ichiga oladi. Ushbu bosqichda odamlar epitaksiya reaktsiyasi haroratini, epitaksial gaz oqimi tezligini va markaz va chekka harorat gradientlarini optimallashtirish orqali yuqori epitaksial silikon gofret sifatiga erishdilar. Turli mahsulotlar va texnologik yangilanishlarga bo'lgan ehtiyoj tufayli epitaksial jarayon yuqori epitaksial kremniy gofret sifatiga erishish uchun doimiy ravishda optimallashtirildi.
Bundan tashqari, joriy texnologiya rezistiv doping elementlari va doping kontsentratsiyasi asl kremniy gofretnikidan farq qiluvchi epitaksial qatlamlarni yaratishi mumkin, bu esa o'stirilgan kremniy gofretning elektr xususiyatlarini nazorat qilishni osonlashtiradi. Misol uchun, N-tipli kremniy epitaksial qatlam qatlami P-tipli kremniy gofretda hosil bo'lishi mumkin, shuning uchun past konsentratsiyali qo'shilgan PN birikmasini hosil qiladi, bu parchalanish kuchlanishini optimallashtirishi va keyingi chip ishlab chiqarishda latch effektini kamaytirishi mumkin. Epitaksial qatlamning qalinligi odatda foydalanish stsenariysiga qarab o'zgaradi. Odatda, mantiqiy chipning qalinligi taxminan 0.5 mikrondan 5 mikrongacha, quvvat qurilmasining qalinligi esa taxminan 50 mikrondan 100 mikrongacha, chunki u yuqori kuchlanishga bardosh berishi kerak.
▲Epitaksial kremniy gofret o'sish jarayoni
▲Epitaksial gofretlarni turli xil doping
SW (SOI gofreti):SOI "silicon-on-izolator" degan ma'noni anglatadi. SOI silikon gofretlari kichik parazit sig'im, kichik qisqa kanal effekti, yuqori meros zichligi, yuqori tezlik, kam quvvat iste'moli va ayniqsa past substrat shovqini kabi afzalliklari tufayli tez-tez RF oldingi chiplarida qo'llaniladi.
▲Oddiy kremniy MOS tuzilishi
▲SOI kremniy gofreti MOS tuzilishi
SOI kremniy gofretlarini ishlab chiqarishning to'rtta asosiy usuli mavjud:SIMOX texnologiyasi, Bonding texnologiyasi, Sim-bond texnologiyasi va Smart-CutTM texnologiyasi; SOI kremniy gofretlarining printsipi nisbatan sodda va asosiy maqsad substratning o'rtasida izolyatsion qatlamni (odatda asosan silikon dioksid SiO2) qo'shishdir.
▲SOI gofretlarini ishlab chiqarish uchun to'rtta texnologiya
Ishlash parametrlari nuqtai nazaridan Smart-CutTM texnologiyasi hozirgi SOI silikon gofret ishlab chiqarish texnologiyasida eng zo'r ko'rsatkichdir. Simbond texnologiyasining ishlashi Smart-Cut texnologiyasidan unchalik farq qilmaydi, ammo yuqori kremniyning qalinligi bo'yicha Smart-Cut texnologiyasi tomonidan ishlab chiqarilgan SOI silikon gofreti nozikroq va ishlab chiqarish narxi nuqtai nazaridan Smart. -Cut texnologiyasi kremniy gofretlarni qayta ishlatishi mumkin. Kelajakda ommaviy ishlab chiqarish uchun Smart-Cut texnologiyasi ko'proq xarajat afzalliklariga ega, shuning uchun sanoat hozirda Smart-Cut texnologiyasini SOI silikon gofretlarining kelajakdagi rivojlanish yo'nalishi sifatida tan oladi.
▲Har xil SOI gofret ishlab chiqarish texnologiyalarining ishlashini taqqoslash
SIMOX texnologiyasi: SIMOX Implantatsiya qilingan kislorod bilan ajratish degan ma'noni anglatadi. Kislorod atomlari gofretga AOK qilinadi va keyin kremniy dioksidi qatlamini hosil qilish uchun atrofdagi kremniy atomlari bilan reaksiyaga kirishish uchun yuqori haroratda tavlanadi. Ushbu texnologiyaning qiyinligi kislorod ionining implantatsiyasining chuqurligi va qalinligini nazorat qilishdir. U ion implantatsiyasi texnologiyasiga yuqori talablarga ega.
Bog'lash texnologiyasi: Bog'lanish texnologiyasi, shuningdek, bog'lash texnologiyasi deb ham ataladi. Bog'lanish orqali tayyorlangan SOI kremniy gofretlari, shuningdek, Bog'langan SOI yoki qisqacha BSOI deb ataladi. Bog'lanish texnologiyasi ikkita oddiy kremniy gofretni talab qiladi, ulardan biri oksidli qatlam (SiO2) bilan o'stiriladi va keyin boshqa kremniy manbai bilan bog'lanadi. Bog'lanish oksidli qatlamdir. Nihoyat, u ko'milgan qatlamning (SiO2) kerakli chuqurligigacha maydalanadi va parlatiladi. Bog'lanish texnologiyasi ion implantatsiyasi texnologiyasiga qaraganda sodda bo'lganligi sababli, ko'pchilik SOI kremniy gofretlari hozirda bog'lash texnologiyasidan foydalangan holda ishlab chiqariladi.
▲Izolyatorda kremniy
▲Izolyatorda silikon hosil qilish uchun gofret bilan bog'lash usuli
Sim-bond texnologiyasi:kislorod in'ektsiyasini bog'lash texnologiyasi. Sim-bond texnologiyasi SIMOX va bond texnologiyasining birikmasidir. Afzallik shundaki, ko'milgan oksid qatlamining qalinligi yuqori aniqlik bilan boshqarilishi mumkin. Birinchi qadam kislorod ionlarini silikon gofretga AOK qilish, keyin oksid qatlamini hosil qilish uchun yuqori haroratda tavlanish va keyin silikon gofret yuzasida SiO2 oksidi qatlamini hosil qilishdir. Ikkinchi qadam kremniy gofretni boshqa gofret bilan bog'lashdir. Keyin mukammal birlashtiruvchi interfeys hosil qilish uchun yuqori haroratda tavlanadi. Uchinchi bosqich - yupqalash jarayoni. Yupqalash CMP texnologiyasi yordamida amalga oshiriladi, lekin bog'lash texnologiyasidan farqli o'laroq, sim-bond o'z-o'zidan to'xtash qatlamiga ega, u SiO2 qatlamiga silliqlashda avtomatik ravishda to'xtaydi. Keyin SiO2 qatlami etching orqali chiqariladi. Oxirgi qadam parlatishdir.
Smart-cut texnologiyasi:aqlli peeling texnologiyasi. Smart-cut texnologiyasi bog'lash texnologiyasining kengaytmasidir. Birinchi qadam gofretni oksidlash va gofret yuzasida belgilangan SiO2 qalinligini hosil qilishdir. Ikkinchi bosqich - vodorod ionlarini gofretning belgilangan chuqurligiga kiritish uchun ion implantatsiyasi texnologiyasidan foydalanish. Uchinchi qadam - oksidlangan gofretga boshqa gofretni yopishtirish. To'rtinchi qadam - past haroratli termal tavlanish texnologiyasidan foydalanib, vodorod ionlari bilan pufakchalar hosil qiladi, bu esa kremniy gofretining bir qismini tozalashga olib keladi. Keyin ulanish kuchini oshirish uchun yuqori haroratli termal tavlanish texnologiyasi qo'llaniladi. Beshinchi bosqich - silikon sirtini tekislash. Ushbu texnologiya xalqaro miqyosda SOI texnologiyasining rivojlanish yo'nalishi sifatida tan olingan. Ko'milgan oksid qatlamining qalinligi to'liq vodorod ionini implantatsiya qilish chuqurligi bilan aniqlanadi, bu aniqroqdir. Bundan tashqari, tozalangan gofret qayta ishlatilishi mumkin, bu esa xarajatlarni sezilarli darajada kamaytiradi.
▲Izolyatorda silikon hosil qilish uchun SIM-bog'lanish usuli
▲Izolyatorda kremniy hosil qilish uchun aqlli kesish usuli
2. Yuqori to'siqli ishlab chiqarish texnologiyasi 1. Ishlab chiqarish texnologiyasi
Silikon gofretlarning xom ashyosi kvarts bo'lib, u odatda qum deb nomlanadi, uni tabiatda to'g'ridan-to'g'ri qazib olish mumkin. Gofret ishlab chiqarish jarayoni bir necha bosqichda bajarilishi mumkin: asosan deoksidlanish va tozalash, polisilikonni tozalash, bitta kristalli kremniy ingotlari (kremniy novdalar), prokat, gofretni kesish, gofretni parlatish, yumshatish, sinovdan o'tkazish, qadoqlash va boshqa bosqichlar.
▲CZ (Czochralski) yarimo'tkazgichli gofret ishlab chiqarish jarayoni
▲CZ Farad monokristal sxemasi
Deoksidlanish va tozalash:Silikon gofret ishlab chiqarishdagi birinchi qadam kvarts rudasini deoksidlash va tozalashdir. Asosiy jarayonlarga saralash, magnit ajratish, flotatsiya, yuqori haroratda gazsizlantirish va boshqalar kiradi. Rudadagi asosiy temir va alyuminiy aralashmalari chiqariladi.
Polisilikonni tozalash:Nisbatan toza SiO2 olingandan so'ng, kimyoviy reaktsiyalar natijasida monokristalli kremniy hosil bo'ladi. Asosiy reaksiya SiO2+C→Si+CO. Reaksiya tugagandan so'ng, CO to'g'ridan-to'g'ri bug'lanadi, shuning uchun faqat kremniy kristallari qoladi. Bu vaqtda kremniy polikristalli kremniy bo'lib, u juda ko'p aralashmalarni o'z ichiga olgan xom kremniydir. Ortiqcha aralashmalarni filtrlash uchun olingan xom kremniyni tuzlash kerak. Odatda ishlatiladigan kislotalar xlorid kislota (HCl), sulfat kislota (H2SO4) va boshqalardir. Kislota ichida namlangandan keyin kremniy miqdori odatda 99,7% dan yuqori. Tuzlash jarayonida temir, alyuminiy va boshqa elementlar ham kislotada eriydi va filtrlanadi. Shu bilan birga, kremniy kislota bilan reaksiyaga kirishib, SiHCl3 (triklorsilan) yoki SiCl4 (kremniy tetraklorid) hosil qiladi. Shu bilan birga, ikkala modda ham gazsimon holatda, shuning uchun tuzlangandan so'ng, temir va alyuminiy kabi asl aralashmalar kislotada erigan, ammo kremniy gazsimon holga kelgan. Nihoyat, yuqori tozalikdagi gazsimon SiHCl3 yoki SiCl4 yuqori polikristalli kremniyni olish uchun vodorod bilan kamayadi.
CZ usuli bitta kristalli kremniyni ishlab chiqaradi:silikon gofretlar asosan mantiqiy va xotira chiplarida qo'llaniladi, bozor ulushi taxminan 95% ni tashkil qiladi; CZ usuli 1918 yilda Czochralskining eritilgan metalldan yupqa filamentlarni chizishidan kelib chiqqan, shuning uchun u CZ usuli deb ham ataladi. Bu bugungi kunda yagona kristalli kremniyni etishtirishning asosiy texnologiyasidir. Asosiy jarayon polikristalli kremniyni tigelga solib, uni eritish uchun qizdirib, so‘ngra bitta kristalli kremniy urug‘i kristalini mahkamlash va uni tigel ustiga osib qo‘yishdir. Vertikal tortilganda, bir uchi eritilguncha eritma ichiga kiritiladi va keyin asta-sekin aylantiriladi va yuqoriga tortiladi. Shunday qilib, suyuqlik va qattiq jism o'rtasidagi interfeys asta-sekin siqilib, yagona kristall hosil qiladi. Butun jarayon urug'lik kristalini takrorlash jarayoni sifatida qaralishi mumkinligi sababli, hosil bo'lgan kremniy kristalli bitta kristalli kremniydir. Bundan tashqari, gofretning dopingi, odatda, suyuq fazali doping va gaz fazali dopingda, monokristalni tortib olish jarayonida ham amalga oshiriladi. Suyuq fazali doping tigelga P tipidagi yoki N tipidagi elementlarning qo'shilishini anglatadi. Yagona kristallarni tortib olish jarayonida bu elementlar to'g'ridan-to'g'ri kremniy novda ichiga tortilishi mumkin.
▲CZ Faraday monokristal usuli
▲Yagona kristallni tortib olgandan keyin kremniy novda
Diametrli prokat:6 dyuym, 8 dyuym, 12 dyuym va boshqalar kabi standart diametrli kremniy tayoqchasini olish uchun yagona kristallni tortib olish jarayonida yagona kristalli silikon novda diametrini nazorat qilish qiyin bo'lganligi sababli. yagona kristall, silikon ingot diametri prokat qilinadi. Silikon novda yuzasi silliq bo'ladi va o'lchamdagi xato kichikroq bo'ladi.
Kesish pahini kesish:Kremniy ingotini olgandan so'ng, gofret kesiladi. Kremniy ingot qattiq kesish mashinasiga joylashtiriladi va belgilangan kesish dasturiga muvofiq kesiladi. Silikon gofretning qalinligi kichik bo'lgani uchun, kesilgan silikon gofretning qirrasi juda o'tkir. Pah kesishning maqsadi silliq qirrani hosil qilishdir. Kesilgan kremniy gofret pastroq markaziy kuchlanishga ega, bu esa uni yanada mustahkam qiladi va kelajakda chip ishlab chiqarishda sindirish oson emas.
Jilolash:Cilalanishning asosiy maqsadi gofret yuzasini silliq, tekis va shikastlanmaslik va har bir gofretning qalinligi mustahkamligini ta'minlashdir.
Sinov qadoqlash:Cilalangan silikon gofretni olgandan so'ng, silikon gofretning elektr xususiyatlarini, masalan, qarshilik va boshqa parametrlarni sinab ko'rish kerak. Ko'pgina kremniy gofret zavodlarida epitaksial gofret xizmatlari mavjud. Agar epitaksial gofret kerak bo'lsa, epitaksial gofret o'sishi amalga oshiriladi. Agar epitaksial gofret kerak bo'lmasa, u qadoqlanadi va boshqa epitaksial gofret zavodlariga yoki gofret zavodlariga jo'natiladi.
Zonali eritish usuli (FZ):Ushbu usul bilan tayyorlangan kremniy gofretlari asosan ba'zi quvvat chiplarida qo'llaniladi, bozor ulushi taxminan 4% ni tashkil qiladi; FZ (zonasi eritish usuli) tomonidan ishlab chiqarilgan kremniy gofretlari asosan quvvat qurilmalari sifatida ishlatiladi. Va silikon gofretlarning o'lchami asosan 8 dyuym va 6 dyuymni tashkil qiladi. Hozirgi vaqtda kremniy gofretlarining 15% ga yaqini zonali eritish usuli bilan tayyorlanadi. CZ usuli bilan tayyorlangan kremniy gofretlari bilan solishtirganda, FZ usulining eng katta xususiyati shundaki, u nisbatan yuqori qarshilikka ega, yuqori tozalikka ega va yuqori kuchlanishga bardosh bera oladi, lekin katta o'lchamdagi gofretlarni tayyorlash qiyin va mexanik xususiyatlar yomon, shuning uchun u ko'pincha quvvat qurilmasi kremniy gofretlari uchun ishlatiladi va integral mikrosxemalarda kamdan-kam qo'llaniladi.
Yagona kristalli kremniy tayoqlarni zonali eritish usuli bilan tayyorlashning uchta bosqichi mavjud:
1. Polikristalli kremniyni qizdiring, urug 'kristal bilan aloqa qiling va monokristalni tortib olish uchun pastga aylantiring. Vakuum yoki inert gaz muhiti ostidagi o'choq kamerasida, eritilgan zona hosil qilish uchun qizdirilgan maydondagi polikristalli kremniy eriguncha polikristalli kremniy tayoqchasini isitish uchun elektr maydonidan foydalaning.
2. Eritilgan zonani urug 'kristali bilan bog'lang va uni eritib yuboring.
3. Elektr maydonini isitish holatini harakatga keltirgan holda, polisilikon ustidagi eritilgan zona doimiy ravishda yuqoriga qarab harakat qiladi, urug 'kristal asta-sekin aylanadi va pastga cho'zilib, asta-sekin yagona kristalli kremniy tayoqchasini hosil qiladi. Zonali eritish usuli tigeldan foydalanmaganligi sababli, ko'plab ifloslantiruvchi manbalardan qochadi va zonali eritish usuli bilan tortilgan yagona kristall yuqori tozalik xususiyatlariga ega.
▲FZ Farad yagona kristalli kosmik tuzilishi
▲FZ monokristalni tortishning sxematik diagrammasi
2. Ishlab chiqarish tannarxi
Yarimo'tkazgichli kremniy gofretlari yangi energiya kremniy gofretlariga qaraganda tozalik va elektr xususiyatlariga nisbatan yuqori talablarga ega, shuning uchun ishlab chiqarish jarayonida ko'proq tozalash bosqichlari va xom ashyo ta'minoti talab qilinadi, natijada ishlab chiqarish xom ashyolari yanada xilma-xil bo'ladi. Shu sababli, kremniy materiali narxining nisbati nisbatan kamayadi, ammo ishlab chiqarish xarajatlarining ulushi nisbatan ortadi.
Yarimo'tkazgichli kremniy gofretlar uchun xomashyo narxi asosiy xarajat bo'lib, asosiy biznes xarajatlarining taxminan 47% ni tashkil qiladi. Ikkinchisi, ishlab chiqarish xarajatlari bo'lib, taxminan 38,6% ni tashkil qiladi. Yarimo'tkazgich ishlab chiqarish sanoatiga o'xshab, kremniy gofret sanoati kapitalni ko'p talab qiladigan sanoat bo'lib, asosiy kapitalga investitsiyalar talabi yuqori bo'lib, mashina va uskunalar kabi asosiy vositalarning amortizatsiyasi tufayli yuqori ishlab chiqarish xarajatlarini keltirib chiqaradi. Nihoyat, to'g'ridan-to'g'ri mehnat xarajatlari taxminan 14,4% ni tashkil qiladi.
Kremniy gofret ishlab chiqarishning xom ashyo xarajatlari orasida polisilikon asosiy xom ashyo bo'lib, taxminan 30,7% ni tashkil qiladi. Ikkinchisi, qadoqlash materiallari bo'lib, taxminan 17,0% ni tashkil qiladi. Yarimo'tkazgichli kremniy gofretlari tozalik va vakuum uchun yuqori talablarga ega bo'lganligi sababli, ayniqsa, oson oksidlanadigan kremniy gofretlari uchun, qadoqlash uchun talablar yangi energiya kremniy gofretlariga nisbatan ancha yuqori. Shuning uchun, xarajatlar tarkibida qadoqlash materiallari yuqori ulushga ega. Kvarts tigellari xom ashyo narxining taxminan 8,7% ni tashkil qiladi. Yarimo'tkazgichli kremniy gofret ishlab chiqarishda qo'llaniladigan kvarts tigel ham bir martalik tigel hisoblanadi, ammo tigelning jismoniy va termal xususiyatlari ko'proq talabga ega. Polishing suyuqligi, silliqlash g'ildiragi va polishing pad jami 13,8% ni tashkil qiladi va asosan silikon gofretni parlatish jarayonida qo'llaniladi.
▲2018 yilda kremniy sanoatining operatsion xarajatlari tarkibi
▲2018 yilda kremniy sanoatining xom ashyo tarkibi
Suv va elektr energiyasi xarajatlari ishlab chiqarish tannarxining taxminan 15% ni tashkil qiladi: Ishlab chiqarish tannarxida suv va elektr energiyasining umumiy xarajatlari butun ishlab chiqarish tannarxining taxminan 15% ni tashkil qiladi, shundan elektr energiyasi xarajatlari taxminan 11,4% ni va suv xarajatlari taxminan 3,4%. Tegishli miqdorlar bo'yicha, Silicon Industry Group kompaniyasining 2018 yilgi moliyaviy ma'lumotlariga ko'ra, elektr energiyasi va suv xarajatlarining umumiy qiymati polisilikon materialining qariyb yarmini tashkil etadigan qadoqlash materiallari narxiga teng. Elektr narxi kvarts tigellariga qaraganda taxminan 20% ga bir oz yuqori.
▲2018 yilda kremniy sanoati ishlab chiqarish xarajatlarining ulushi
▲ Silicon Industry Groupning 2018 yildagi qisman xarajatlar tarkibi (birlik: 10,000 yuan)
3, silikon gofret ishlab chiqarish uchun to'rtta to'siq
Kremniy gofretlari uchun to'siqlar nisbatan yuqori, ayniqsa yarimo'tkazgichli kremniy gofretlar uchun. To'rtta asosiy to'siq mavjud: texnik to'siqlar, sertifikatlash to'siqlari, uskunalar to'siqlari va kapital to'siqlari.
▲ Silikon gofret ishlab chiqarish sanoatining asosiy to'siqlari
Texnik to'siqlar:Silikon gofretlarning texnik ko'rsatkichlari nisbatan katta. Umumiy o'lchamga, abraziv qalinligi va boshqalarga qo'shimcha ravishda, kremniy gofretlarning burilish, qarshilik, egrilik va boshqalar ham mavjud. Asosiy 300 mm silikon gofretlar nuqtai nazaridan, 200 mm gofret bilan solishtirganda, silikon gofretlar uchun ilg'or jarayonlarning yuqori bir xillik talablari tufayli, 300 mm silikon gofretlarning sifat talablarini kuzatish uchun tekislik, egrilik, egrilik va sirt metall qoldiqlari kabi parametrlar qo'shiladi. . Soflik nuqtai nazaridan, ilg'or texnologik kremniy gofretlari taxminan 9N (99,9999999%) -11N (99,999999999%) bo'lishi kerak, bu kremniy gofret yetkazib beruvchilar uchun asosiy texnik to'siqdir.
Silikon gofretlar juda moslashtirilgan mahsulotlardir; tozalik kremniy gofretlarining eng asosiy parametri va shuningdek, asosiy texnik to'siqdir. Bundan tashqari, silikon gofretlar universal mahsulotlar emas va ularni nusxalash mumkin emas. Har xil gofret quyish zavodlarida katta silikon gofretlarning texnik xususiyatlari butunlay boshqacha va turli xil terminal mahsulotlaridan turli xil foydalanish ham kremniy gofretlari uchun mutlaqo boshqacha talablarga olib keladi. Bu kremniy gofret ishlab chiqaruvchilardan turli xil so'nggi mijozlar mahsulotlariga ko'ra turli kremniy gofretlarni loyihalashtirish va ishlab chiqarishni talab qiladi, bu esa kremniy gofret bilan ta'minlash qiyinligini yanada oshiradi.
▲Kompaniya biznes segmentlarining foyda prognozi
Sertifikatlash to'siqlari:Chip ishlab chiqaruvchilari turli xil xom ashyo sifatiga qat'iy talablarga ega va etkazib beruvchilarni tanlashda juda ehtiyotkor bo'lishadi. Chip ishlab chiqaruvchilarning etkazib beruvchilar ro'yxatiga kirish uchun yuqori to'siqlar mavjud. Odatda, chip ishlab chiqaruvchilari silikon gofret yetkazib beruvchilardan sinov ishlab chiqarish uchun ba'zi silikon gofretlarni taqdim etishlarini talab qiladi va ularning ko'pchiligi gofret ommaviy ishlab chiqarish gofretlari emas, balki sinov gofretlari uchun ishlatiladi. Sinovdan o'tgandan so'ng, ommaviy ishlab chiqarish gofretlarining kichik partiyalari sinovdan o'tkaziladi. Ichki sertifikatlashdan o'tgandan so'ng, chip ishlab chiqaruvchisi mahsulotlarni quyi oqim mijozlariga yuboradi. Mijozlarning sertifikatini olgandan so'ng, silikon gofret yetkazib beruvchisi nihoyat sertifikatlanadi va sotib olish shartnomasi imzolanadi. Yarimo'tkazgichli kremniy gofret kompaniyalari mahsulotlari chip ishlab chiqaruvchilarining ta'minot zanjiriga kirishi uchun uzoq vaqt talab etiladi. Yangi yetkazib beruvchilar uchun sertifikatlash davri kamida 12-18 oy davom etadi.
Bundan tashqari, sinov gofretlaridan ommaviy ishlab chiqarish gofretlarigacha bo'lgan sertifikatlash to'siqlari: Hozirgi vaqtda Xitoyda 12-dyuymli gofretlarning aksariyati sinovli gofretlarni yetkazib berishda qolmoqda, ammo sinov gofretlari uchun sertifikatlash tartib-qoidalari butunlay boshqacha. ommaviy ishlab chiqarish gofretlari va ommaviy ishlab chiqarish kremniy gofretlari uchun sertifikatlash standartlari yanada qattiqroq. Sinov kremniy gofretlari chiplar ishlab chiqarmagani uchun ular faqat gofret quyish zavodining o'zi tomonidan sertifikatlanishi kerak va ular faqat joriy ishlab chiqarish maydonchasida sertifikatlanishi kerak. Biroq, ommaviy ishlab chiqarilgan kremniy gofretlari uchun ular to'plamlarda etkazib berilishidan oldin terminal fabless mijozlari tomonidan sertifikatlangan bo'lishi va butun ishlab chiqarish jarayonining barcha bosqichlarida kuzatilishi kerak. Umuman olganda, silikon gofret ta'minoti barqarorligini va chip rentabelligini saqlab qolish uchun. Gofret ishlab chiqaruvchisi va silikon gofret yetkazib beruvchisi ta'minot munosabatlarini o'rnatgandan so'ng, ular etkazib beruvchilarni osongina o'zgartirmaydi va har ikki tomon shaxsiy ehtiyojlarni qondirish uchun qayta aloqa mexanizmini o'rnatadi va silikon gofret etkazib beruvchilari va mijozlar o'rtasidagi yopishqoqlik o'sishda davom etadi. Agar yangi kremniy gofret ishlab chiqaruvchisi etkazib beruvchilar qatoriga qo'shilsa, u asl yetkazib beruvchiga qaraganda yaqinroq hamkorlik aloqalarini va yuqori silikon gofret sifatini ta'minlashi kerak. Shu sababli, silikon gofret sanoatida silikon gofret etkazib beruvchilari va gofret ishlab chiqaruvchilari o'rtasidagi yopishqoqlik nisbatan katta va yangi etkazib beruvchilar uchun yopishqoqlikni buzish qiyin.
Uskunaning to'siqlari:Kremniy gofretlarini ishlab chiqarish uchun asosiy uskuna - bu kremniy gofretlarida "fotolitografiya mashinasi" deb ta'riflanishi mumkin bo'lgan yagona kristalli pech. Xalqaro asosiy kremniy gofret ishlab chiqaruvchilarining yagona kristalli pechlari o'zlari tomonidan ishlab chiqariladi. Misol uchun, Shin-Etsu va SUMCO monokristalli pechlari kompaniya tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan yoki xolding sho'ba korxonalari orqali ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan va boshqa kremniy gofret ishlab chiqaruvchilari ularni sotib olmaydilar. Boshqa yirik kremniy gofret ishlab chiqaruvchilari o'zlarining mustaqil monokristalli pechlar yetkazib beruvchilariga ega va qat'iy maxfiylik shartnomalarini imzolaydilar, bu esa tashqi kremniy gofret ishlab chiqaruvchilarini sotib olishni imkonsiz qiladi yoki ular faqat oddiy monokristalli pechlarni sotib olishlari mumkin, ammo yuqori spetsifikatsiyali bitta kristalli pechlarni etkazib bera olmaydilar. . Shu sababli, uskunalar to'siqlari ham mahalliy ishlab chiqaruvchilarning global kremniy gofretlarining asosiy etkazib beruvchilariga kira olmasligining sababidir.
Kapital to'siqlari:Yarimo'tkazgichli kremniy gofretlarini ishlab chiqarish jarayoni murakkab bo'lib, ilg'or va qimmatbaho ishlab chiqarish uskunalarini sotib olishni talab qiladi, shuningdek, mijozlarning turli ehtiyojlariga ko'ra doimiy o'zgartirish va disk raskadrovkani talab qiladi. Uskunaning amortizatsiyasi kabi yuqori qat'iy xarajatlar tufayli quyi oqim talabining o'zgarishi kremniy gofretli kompaniyalarning quvvatlaridan foydalanishga va shu bilan kremniy gofret ishlab chiqaruvchi kompaniyalarning foydasiga ko'proq ta'sir qiladi. Xususan, kremniy gofret sanoatiga endigina kirgan kompaniyalar miqyosdagi jo'natmalarga yetib borgunga qadar deyarli zarar ko'rgan holatda bo'lgan va kapital to'siqlari uchun yuqori talablarga ega. Bundan tashqari, kremniy gofret uchun gofret ishlab chiqaruvchilari uzoq sertifikatlash tsikli tufayli, kremniy gofret ishlab chiqaruvchilari ushbu davrda sarmoya kiritishni davom ettirishlari kerak, bu ham ko'p mablag'larni talab qiladi.
3. Hali ham yarimo'tkazgichli materiallarning qiroli bo'ladi Hozirgi vaqtda yarimo'tkazgichli gofret bozorida kremniy materiallar ustunlik qiladi. Silikon materiallar butun yarimo'tkazgich bozorining taxminan 95% ni tashkil qiladi. Boshqa materiallar, asosan, aralash yarimo'tkazgichli materiallar, asosan ikkinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari GaAs gofretlari va uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari SiC va GaN gofretlari. Ular orasida silikon gofretlar asosan mantiqiy chiplar, xotira chiplari va boshqalar bo'lib, eng ko'p ishlatiladigan yarimo'tkazgichli gofret materiallari hisoblanadi. GaAs gofretlari asosan RF chiplari bo'lib, asosiy dastur stsenariylari past kuchlanish va yuqori chastotadir; uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari asosan yuqori quvvatli va yuqori chastotali chiplardir va asosiy dastur stsenariylari yuqori chastotali va yuqori quvvatdir.
▲Vaffli material nisbati
▲Har xil materiallardan tayyorlangan gofretlarni qo'llash doirasi
Murakkab yarimo'tkazgichlar va kremniy materiallari raqobatdosh munosabatlarda emas, balki bir-birini to'ldiruvchi munosabatlarda; yarimo'tkazgichli materiallarning rivojlanish qonunlari (ayniqsa, gofretlar, substratlar va epitaksial gofret materiallari) uchta marshrutni, ya'ni hajmi, tezligi va quvvatini o'z ichiga oladi va uchta yo'nalish birinchi, ikkinchi va uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallariga mos keladi.
▲Birinchi/ikkinchi/uchinchi avlod materiallarining ishlashini taqqoslash
Birinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari:Katta o'lchamli marshrut: Birinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari kremniy materiallariga tegishli. Silikon materiallari eng erta ishlab chiqilgan gofret materiallari bo'lib, shuningdek, ushbu bosqichda eng etuk texnologiya, eng past narx va eng to'liq sanoat zanjiriga ega materiallardir. Shu bilan birga, kremniy gofretlarining o'lchamlari ortishi bilan bitta chipning narxi pasayadi. Asosiy dastur sohalari mantiqiy chiplar va past kuchlanishli, kam quvvatli maydonlardir. Silikon gofretlarning oʻlchami 2 dyuym, 4 dyuym, 6 dyuym, 8 dyuymdan hozirgi 12- dyuymli gofret texnologiyasigacha. Odatda kremniy gofret kompaniyalari Yaponiyaning Shin-Etsu Chemical, Sumco va boshqalarni o'z ichiga oladi. Hozirgi vaqtda asosiy xalqaro gofret fabrikalarida asosiy ishlab chiqarish materiali sifatida silikon materiallardan foydalaniladi.
▲Har xil o'lchamdagi gofretlarni solishtirish
Ikkinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari:yuqori tezlikdagi marshrut. Chip RF pallasida yuqori chastotali kommutatsiyaga bardosh bera olishi kerakligi sababli, ikkinchi avlod yarimo'tkazgichli gofret ixtiro qilindi. Asosiy dastur maydoni RF davri va odatiy terminal maydoni mobil telefonlar kabi mobil terminallarning RF chipidir. Ikkinchi avlod yarimo'tkazgichlari asosan GaAs (galliy arsenid) va InP (indiy fosfid) bilan ifodalanadi, ular orasida GaAs bugungi kunda tez-tez ishlatiladigan mobil terminal RF chip materialidir. Odatda quyish kompaniyalari orasida RF chipli IDM kompaniyalari bo'lgan Tayvan Win Semiconductors, Macronix, Skyworks, Qorvo va boshqalar kiradi. Hozirgi asosiy oqim 4- dyuym va 6- dyuymli gofretlardir.
Uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari:yuqori quvvatli marshrut: deyarli bir xil boshlang'ich nuqtada, eng ko'p imkoniyatlar bilan. Uchinchi yo'nalish - quvvatni oshirish, bu uning yuqori quvvatli sxemalar sohasida keng qo'llanilishiga yordam beradi. Asosiy materiallar SiC va GaN dir. Asosiy terminallar sanoat, avtomobilsozlik va boshqa sohalardir. Quvvat yo'nalishi kremniy materiallarida IGBT chiplarini ishlab chiqdi, SiC (kremniy karbid) va GaN (galliy nitridi) materiallari esa IGBTga qaraganda yuqori ishlashga ega. Hozirgi vaqtda SiC gofretlari asosan 4- dyuym va 6- dyuym, GaN materiallari esa 6- dyuym va 8- dyuym. Dunyoning yirik quyish zavodlari qatoriga AQShdagi Cree va Wolfspeed va Germaniyadagi X-Fab kiradi. Biroq, bu sohada xalqaro gigantlarning rivojlanishi ham nisbatan sekin. Sanan Optoelektronika kabi mahalliy kompaniyalar, texnologiya darajasida hali ham ma'lum bir bo'shliq mavjud bo'lsa-da, butun sanoatning boshlang'ich bosqichida va xorijiy monopoliyani buzish va xalqaro quvvat quyish xaritasida o'z o'rnini egallash ehtimoli katta.
Murakkab materiallar silikon substratlarni talab qiladi:Hozirda Xiaomi, OPPO va Realme tomonidan chiqarilgan GaN zaryadlovchi qurilmalari va Tesla tomonidan chiqarilgan model3 kabi SiC va GaN gofret chiplari ko'p bo'lsa-da, IGBT o'rniga SiC MOSFET-dan foydalanadi. Biroq, gofretlar uchun ko'pchilik iste'molchi aralash yarimo'tkazgich chiplari hozirda substrat sifatida silikon plastinalardan foydalanadi, so'ngra aralash epitaksial gofretlarni yaratadi va keyin epitaksial gofretlarda chiplar hosil qiladi.
Aralash yarimo'tkazgichli gofretlarning narxi nisbatan yuqori:Hozirgi vaqtda aralash yarimo'tkazgichli sanoat zanjirining to'liq bo'lmaganligi sababli, aralash yarimo'tkazgich ishlab chiqarish quvvati past va aralash yarimo'tkazgichli gofretlarning narxi nisbatan yuqori. Bu oxirgi foydalanuvchi tomonidan past qabul qilinishiga olib keladi va maishiy elektronika uchun asosiy yechim hali ham "kremniy substrat + birikma epitaksial gofret" dir. Avtomobil sohasida kremniyga asoslangan IGBT hali ham asosiy yechim hisoblanadi. Silikon asosidagi IGBT chiplari arzon narxlarda va keng ixtiyoriy kuchlanishlarga ega. SiC MOSFET qurilmalarining narxi kremniy asosidagi IGBT-lardan 6-10 baravar yuqori. Infineonning 650V/20A texnik parametrlari ostida SiC-MOSFET va Si-IGBT ning ishlash parametrlarini solishtirganda, SiC-MOSFET ishlash parametrlari bo'yicha hali ham Si-IGBT dan ustundir, lekin narx bo'yicha SiC-MOSFET 7 baravar yuqori. Si-IGBT. Bundan tashqari, SiC qurilmalarining qarshiligi pasayganda, SiC-MOSFET narxi eksponent ravishda oshadi. Misol uchun, agar qarshilik 45 milliohm bo'lsa, SiC-MOSFET atigi 57,6 dollarni tashkil qiladi, qarshilik 11 milliohm bo'lsa, narx 159,11 dollarni tashkil qiladi va qarshilik 6 milliohmga teng bo'lsa, narx yetdi. 310,98 dollar.
▲Infineon SiC-MOSFET va Si-IGBT solishtirish
▲Infineon SiC-MOSFET narxi va qarshilik munosabatlari
4, ichki harakatlar katta bozor salohiyatini yaratdi.
1. Silikon gofret bozori o'sish davriga kirmoqda.
Yarim o'tkazgich ishlab chiqarish materiallari ulushi yildan-yilga ortib bormoqda. Yarimo'tkazgich materiallarini qadoqlash materiallari va ishlab chiqarish materiallariga bo'lish mumkin (shu jumladan kremniy gofretlari va turli xil kimyoviy moddalar va boshqalar). Uzoq muddatda yarimo'tkazgich ishlab chiqarish materiallari va qadoqlash materiallari bir xil tendentsiyada. Biroq, 2011 yildan boshlab, ilg'or jarayonlarning uzluksiz rivojlanishi bilan yarimo'tkazgich ishlab chiqarish materiallarini iste'mol qilish asta-sekin o'sib bordi va ishlab chiqarish materiallari va qadoqlash materiallari o'rtasidagi farq asta-sekin oshdi. 2018 yilda ishlab chiqarish materiallari savdosi 32,2 milliard AQSh dollarini, qadoqlash materiallari savdosi esa 19,7 milliard AQSh dollarini tashkil etdi va ishlab chiqarish materiallari qadoqlash materiallaridan taxminan 1,6 baravar ko'p. Yarimo'tkazgich materiallari orasida ishlab chiqarish materiallari taxminan 62% ni, qadoqlash materiallari esa 38% ni tashkil qiladi.
▲2018 yilda yarimo'tkazgichli materiallar iste'moli nisbati
▲Yarim Supero'tkazuvchilar ishlab chiqarish materiallari narxining nisbati
Silikon gofretlar yarimo'tkazgich ishlab chiqarishda eng katta sarf materiallari hisoblanadi; ishlab chiqarish materiallari orasida yarimo'tkazgichlarning xom ashyosi sifatida kremniy gofretlar eng katta ulushga ega bo'lib, 37% ga etadi. 2017 yildan beri Li Sedolning "AlphaGo" tomonidan mag'lubiyatga uchraganidan so'ng, sun'iy intellekt boshchiligidagi yangi yulduz texnologiyalari global yarimo'tkazgichlarning rivojlanishiga turtki bo'lgan asosiy texnologiyalarga aylandi. Xususan, 2018-yilda blokcheyn texnologiyasining avj olishi bilan birga xotiraga global talab oshdi va kremniy gofretlariga talab rekord darajaga yetdi. Global yarimo'tkazgich jo'natmalarining ko'payishi kremniy gofret jo'natmalarining tez o'sishiga ham turtki bo'ldi. Yuk tashish nuqtai nazaridan, 2018 yilda global kremniy gofretni jo'natish maydoni birinchi marta 10 milliard kvadrat dyuymdan oshib, 12,7 milliard kvadrat dyuymga etdi. 2019-yilda, yilning birinchi yarmidagi savdo ishqalanishlari tufayli yuk tashish maydoni 11,8 milliard kvadrat dyuymgacha kamaydi. Bozor aylanmasi nuqtai nazaridan, 2018 yilda jahon bozorida savdo hajmi 11,4 milliard AQSh dollarini tashkil etgan bo‘lsa, 2019 yilda u 11,2 milliard dollarga yetdi.
▲2009-2019 Global kremniy gofreti joʻnatish hududi
▲2009-2019 Global kremniy gofreti sotuvi
Gofret segmentatsiyasi nuqtai nazaridan, ikkinchi avlod va uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallarining yuqori narxi va ko'pchilik aralash yarim o'tkazgichlar silikon gofretlarga asoslanganligi sababli, silikon gofretlar global gofret substratlarining 95% ni tashkil qiladi. Muayyan gofret o'lchamlari nuqtai nazaridan, 12- dyuymli gofretlar global kremniy gofretlarining asosiy turi hisoblanadi. 2018-yilda 12-dyuymli gofretlar global kremniy gofret jo‘natmalarining 64% ni, 8-dyuymli gofretlar esa 26% ni tashkil etdi.
▲O'lchami bo'yicha silikon gofretni jo'natish nisbati
Terminal ilovalari nuqtai nazaridan, 12-dyuymli gofretlarning global iste'moli asosan xotira chiplari bo'lib, Nand Flash va DRAM xotirasi jami 75% ni tashkil qiladi, ulardan Nand Flash gofretlarning taxminan 33% ni va Nand flash smartfonlar bozorida quyi oqim bozorining 35 foiziga ega. Ko'rinib turibdiki, smartfonlar jo'natilishi va sig'imining oshishi 12- dyuymli gofretlarni jo'natishga turtki bo'lgan asosiy omil hisoblanadi. 12-dyuymli gofretlar orasida mantiqiy chiplar taxminan 25%, DRAM taxminan 22,2% va MDH kabi boshqa chiplar taxminan 20% ni tashkil qiladi.
2. Xitoyning yarimo'tkazgichli kremniy gofret bozorida katta maydon mavjud
Xitoyning yarimo'tkazgich materiallari bozori barqaror o'sdi. 2018 yilda yarimo'tkazgich materiallarining global savdosi 51,94 milliard AQSh dollarini tashkil etdi, bu o'tgan yilning shu davriga nisbatan 10,7 foizga o'sdi. Ular orasida Xitoyning savdosi 8,44 milliard dollarni tashkil etdi. Jahon bozoridan farqli o'laroq, Xitoyning yarimo'tkazgich materiallari savdosi 2010 yildan buyon o'sib bormoqda va 2016 yildan 2018 yilgacha ketma-ket uch yil davomida 10% dan ortiq sur'atda o'sdi. Jahon yarimo'tkazgich materiallari bozori tsiklik omillardan, ayniqsa Tayvanda katta ta'sir ko'rsatadi. , Xitoy va Janubiy Koreya, bu erda dalgalanmalar katta. Shimoliy Amerika va Yevropa bozorlari deyarli nol o'sish holatida. Yaponiyaning yarimo'tkazgich materiallari uzoq vaqt davomida salbiy o'sish holatida edi. Global miqyosda faqat Xitoyning materikdagi yarimo'tkazgich materiallari bozori uzoq muddatli o'sish oynasida. Xitoyning yarimo'tkazgich materiallari bozori jahon bozoridan keskin farq qiladi.
▲Global yarimo'tkazgich materiallarini sotish va o'sish sur'ati (milliard AQSh dollarida)
▲Yillik yarimo'tkazgich materiallarini mamlakat va mintaqalar bo'yicha sotish (birlik: milliard AQSH dollari)
Global yarimo'tkazgich materiallari asta-sekin Xitoyning materik bozoriga o'tmoqda. Turli mamlakatlar va mintaqalarning savdo ulushidan 2018 yilda eng yaxshi uchta mamlakat yoki mintaqa 55% ni tashkil etdi va mintaqaviy kontsentratsiya ta'siri aniq. Ular orasida Tayvan, Xitoy global gofret ishlab chiqarish quvvatining qariyb 23 foizini tashkil qiladi va bu uni dunyodagi eng katta ishlab chiqarish quvvatiga ega mintaqaga aylantiradi. Uning yarimo'tkazgich materiallari savdosi 11,4 milliard AQSh dollarini tashkil etadi, bu dunyoning 22% ni tashkil qiladi va birinchi o'rinda turadi va u to'qqiz yil ketma-ket yarimo'tkazgich materiallarini iste'mol qilish bo'yicha dunyodagi eng yirik mintaqa bo'lib kelgan. Janubiy Koreya global gofret ishlab chiqarish quvvatining qariyb 20 foizini tashkil qiladi, yarimo'tkazgich materiallari savdosi 8,72 milliard AQSh dollarini tashkil etadi, bu esa 17 foizni tashkil etib, ikkinchi o'rinda turadi. Materik Xitoy global ishlab chiqarish quvvatining qariyb 13 foizini tashkil qiladi, yarimo'tkazgich materiallari savdosi 8,44 milliard AQSh dollarini tashkil etadi, bu dunyoning qariyb 16 foizini tashkil etadi va uchinchi o'rinni egallaydi. Biroq, uzoq muddatda materik Xitoyda yarimo'tkazgich materiallarining bozor ulushi yildan-yilga oshib, 2007 yildagi 7,5% dan 2018 yilda 16,2% gacha global yarimo'tkazgich materiallari asta-sekin Xitoyning materik bozoriga o'tmoqda.
▲ 2018-yilda mamlakatlar va mintaqalar boʻyicha sotuvlar ulushi
▲ Materik Xitoyda yarimo'tkazgich materiallarini sotish va ulush (milliard AQSh dollarida)
Global gofret ishlab chiqarish quvvati portlovchi o'sishga olib keladi. Bugungi gofret ishlab chiqarishdagi eng ilg‘or texnologiyani ifodalovchi 12-dyuymli gofret ishlab chiqarish 2017 yildan 2019 yilgacha cho‘qqisiga chiqdi, dunyo bo‘ylab har yili o‘rtacha 8 12- dyuymli gofret ishlab chiqariladi. Taxminlarga ko‘ra, 2023-yilga borib dunyoda 138 12-dyuymli gofret fablari paydo bo‘ladi. IC Insight statistik ma'lumotlariga ko'ra, 2019 yilning birinchi yarmida Xitoy-AQSh savdo urushining noaniqligi sababli, butun dunyo bo'ylab yirik gofret fabrikalari o'zlarining quvvatlarini oshirish rejalarini kechiktirishdi, ammo ularni bekor qilishmadi. 2019 yilning ikkinchi yarmida Xitoy-AQSh savdosining tiklanishi va 5G bozorining boshlanishi bilan 2019 yilda global gofret ishlab chiqarish quvvati hali ham 7,2 million dona o'sishni saqlab qoldi. Biroq, 5G bozorini almashtirish to'lqinining kelishi bilan global gofret ishlab chiqarish quvvati 2020 yildan 2022 yilgacha o'sishning eng yuqori davriga to'g'ri keladi, uch yil ichida mos ravishda 17,9 million dona, 20,8 million dona va 14,4 million dona o'sadi va 2021 yilda rekord o'rnatadi. Ushbu gofret quvvatlari Janubiy Koreya (Samsung, Hynix), Tayvan (TSMC) va materik Xitoyda (Yangtze daryosi ombori, Changxin Storage, SMIC, Huahong Semiconductor va boshqalar) bo'ladi. Materik Xitoy quvvatini oshirishning 50% ni tashkil qiladi.
▲Dunyo boʻylab 12-dyuymli gofret fablari soni, 2002-2023
▲ Global ishlab chiqarish quvvatini oshirish (birlik: million dona/yil, 8-dyuym ekvivalent gofret)
Materik Xitoyda gofret fabrikalarining qurilishi tez o'sish davrini boshlaydi. 2016 yildan boshlab materik Xitoy gofret fabrikalarini qurishga faol sarmoya kirita boshladi va zavod qurilishi to'lqini boshlandi. SEMI prognoziga ko'ra, 2017 yildan 2020 yilgacha dunyoda 62 ta gofret fabrikasi quriladi va ishlab chiqariladi, shundan 26 tasi Xitoyda bo'lib, jami 42% ni tashkil qiladi. 2018-yilda qurilishlar soni 13 tani tashkil etib, kengayishning 50 foizini tashkil etdi. Kengaytirish natijasi, albatta, gofret ishlab chiqarish uchun kapital xarajatlar va asbob-uskunalar xarajatlarining oshishiga olib keladi. SEMI maʼlumotlariga koʻra, 2020-yilga borib, Xitoyning materik hududidagi gofret fablarining oʻrnatilgan quvvati oyiga 4 million 8-dyuym ekvivalent gofretga yetadi, 2015 yildagi 2,3 millionga nisbatan, yillik birikma oʻsish surʼati 12 foizni tashkil etadi, bu esa boshqa hududlarga qaraganda ancha yuqori. Shu bilan birga, Milliy katta jamg'arma yarimo'tkazgichlar ishlab chiqarish sanoatiga ham katta sarmoya kiritdi. Katta fond investitsiyalarining birinchi bosqichida ishlab chiqarish sanoati 67% ni tashkil etdi, bu dizayn sanoati va qadoqlash va sinov sanoatidan ancha yuqori.
▲2010-2020 Xitoyning yarimo'tkazgichli gofret ishlab chiqarish sarmoyasi (birlik: 100 million AQSh dollari)
▲Milliy yirik fondning birinchi bosqichining investitsion koeffitsienti
2019-yil oxiri holatiga ko‘ra, Xitoyda hali ham 9 8-dyuymli gofretli va 10 12- dyuymli gofretli fablar qurilayotgan yoki rejalashtirilayotgan. Bundan tashqari, Xitoyning 12-dyuymli gofret fablarining aksariyati hozirda sinov yoki kichik partiyalarda ishlab chiqarilganligi sababli, ular ishlab chiqarish quvvatining eng quyi qismida joylashgan. Mijozlardan mahsulotni tekshirish va bozorni tekshirishdan so'ng, ishlab chiqarish quvvati yuqori bosqichga o'tadi va yuqori oqim xom ashyosiga katta talab bo'ladi.
▲Xitoyda yangi gofret ishlab chiqarish
5G ning mashhurligi terminallarning kremniy tarkibining oshishiga olib keldi: iPhone 3 dan boshlangan smartfonlar davridan boshlab, iPhone 5 tomonidan taqdim etilgan 4G mobil telefonlari va nihoyat 5G mobil telefonlarining hozirgi davrigacha. Mobil telefonlardagi kremniy miqdori ortib bormoqda. Tech Insights va iFixit kabi demontaj tashkilotlari tomonidan uyali telefonlarning moddiy xarajatlari tahliliga ko'ra, mobil telefonlar protsessorlari (AP), asosiy tarmoqli ishlov berish chiplari (BP), xotira (Nand flash) kabi mobil telefonlarning asosiy chiplarining birlik qiymati. , DRAM), kamera modullari (MDH), radiochastota chiplari (RF), quvvatni boshqarish chiplari (PMIC), Bluetooth/wifi chiplari va boshqalar asta-sekin o'sib borayotganini ko'rsatdi va birlikning umumiy qiymatining ulushi oshdi. yildan yilga. Garchi iPhone X bosqichida ekrandagi o'zgarishlar tufayli chiplar ulushi kamaygan bo'lsa-da, keyinchalik uzluksiz optimallashtirish bilan chip xarajatlari ulushi ham yildan-yilga ortib bordi. IPhone 11 pro max davriga kelib, 4G mobil telefonlarining eng yuqori cho'qqisi, asosiy chiplarning ulushi 55% ga yetdi va bitta blokning qiymati taxminan 272 AQSh dollarini tashkil etdi. IPhone 3 dan iPhone 11 Pro Max ga evolyutsiyada mobil telefon kamerasi bitta kadrdan 3 ta kadrga o'zgardi, tana xotirasi 8 Gb dan 512 Gb gacha ko'tarildi, bir birlikdagi kremniy miqdori ulushi 37% dan 55% gacha ko'tarildi. , va birlik qiymati 68 AQSh dollaridan 272 AQSh dollariga ko'tarildi.
2020 yil 5G mobil telefonlarini ommaviy ishlab chiqarishning birinchi yili. Chiqarilgan Samsung S20 va Xiaomi 10 mobil telefonlarining demontaj tahliliga ko'ra, 4G mobil telefonlari bilan solishtirganda birlikdagi asosiy chiplarning qiymati va nisbati yanada oshdi. Samsung uchun asosiy chiplar umumiy moddiy xarajatlarning 63,4 foizini tashkil qiladi va bir birlik qiymati 335 AQSh dollariga yetdi, bu iPhone 11 Pro Max’dan 23 foizga yuqori. Xiaomi uchun asosiy chiplarning ulushi bundan ham yuqori bo'lib, 68,3% ga yetdi va asosiy chiplar birligi qiymati ham 300 AQSh dollariga yetdi. Samsung S20 va Xiaomi 10 demontajiga ko‘ra, dastlabki 5G mobil telefonlaridagi asosiy chiplar taxminan 65% ~ 70% ni tashkil qiladi va bitta mashinaning qiymati taxminan AQSH dollarini tashkil qiladi{{18} }.
▲Asosiy smartfonlarning BOM xarajatlari taqsimoti
▲ Turli xil mobil telefonlardagi asosiy chiplarning narxi nisbati
Gofret ishlab chiqarishning qurilishi kremniy plastinalarga bo'lgan talabni oshiradi: gofret ishlab chiqarish quvvatining kengayishi muqarrar ravishda kremniy plastinalarga bo'lgan talabning oshishiga olib keladi. Hozirgi vaqtda Xitoy gofret ishlab chiqarishga katta sarmoya kiritib, Yangtze Memory Technologies va Xefey Changxin hukmronlik qiladigan xotira sanoatini, SMIC tomonidan boshqariladigan mantiqiy chip sanoatini, Huahong Semiconductor va Jetta Semiconductor tomonidan boshqariladigan maxsus texnologik ishlab chiqarish liniyasini va quvvat qurilmalarini quyish zavodini tashkil etdi. China Resources Microelectronics va Silan Microelectronics tomonidan hukmronlik qiladi. Hozirgi vaqtda 2017/2018 yillarda materik Xitoyda silikon gofret savdosining o'sish sur'ati 40% dan yuqori. Katta fond investitsiyalari va mahalliy almashtirish tendentsiyasidan foydalangan holda, quyi oqimdagi gofret fabrikalari o'zlarining ishlab chiqarish quvvatlarini to'liq kengaytirdilar, bu esa yuqori oqimdagi kremniy gofretlarga bo'lgan talabning oshishiga olib keldi. SUMCO prognoziga ko'ra, 2020 yilda Xitoyning materik hududida 8-dyuymli kremniy gofretlariga bo'lgan talab taxminan 970,000 dona, 12-dyuymli gofretlar esa 1,05 million donaga etadi.
▲Xitoy materik kremniy gofreti savdosi va o'sish sur'ati (birlik: milliard AQSh dollari)
▲Materik Xitoyda kremniy gofretga boʻlgan talabning oʻzgarishi (birlik: oyiga 10,000 dona)
Narxlarning o'sishi tsikli + ilg'or jarayon "narx" oshishiga yordam beradi: tarixiy silikon gofret narxini hisoblashga ko'ra, u hozirda narxlarni oshirish tsiklining yangi bosqichining boshida. 2009-yildan 2011-yilgacha smartfonlar tezda ommalashdi, mobil telefonlardagi kremniy miqdori oshdi va 2011-yilda bir kvadrat dyuymga 1,09 dollarga yetgan kremniy narxi o‘sishda davom etdi. , kremniy gofret inventarizatsiyasining ortishi va smartfonlar savdosining pasayishi bilan birlik maydon uchun kremniy gofretlari narxi pasayishda davom etdi va 2016 yilda eng past nuqtaga yetdi, ya'ni 0,67 dollar/kvadrat dyuym. 2016-yilda Google’ning “AlphaGo” kompaniyasi Li Sedolni mag‘lub etib, sun’iy intellektning tarix sahnasiga chiqishiga imkon berdi. Silikon gofretlarga global talab ortib, narxlarni oshirish tsiklining yangi bosqichiga kirdi. 2019-yilda 5G mobil telefonlarining chiqarilishi bilan kremniy gofretlarining birlik maydoni uchun narxi 0,94 dollarga yetdi. 2020-yilda 5G mobil telefonlarining keng miqyosda chiqarilishi va kremniy gofretlarga global talabni qo‘zg‘atishi bilan kelajakda 2-3 yil davomida narxlar oshishi kutilmoqda.
Murakkab jarayonlar narxlarni oshiradi; yarimo'tkazgichli kremniy gofretlari chip ishlab chiqarish uchun asosiy materialdir va sifatdagi har qanday o'zgarishlar chiplarga jiddiy ta'sir qiladi. Ilg'or jarayonlarning uzluksiz rivojlanishi bilan yarimo'tkazgichli kremniy gofretlari uchun nopoklik talablari tobora ortib bormoqda. Yuqori talablar kremniy gofretlarini ishlab chiqarish jarayonini tobora qiyinlashtirmoqda, shuning uchun narx oshib bormoqda. Misol uchun, xuddi shu 12-dyuymli kremniy gofret uchun 7nm texnologik kremniy gofretlari narxi 90nm silikon gofretlarning narxidan 4,5 baravar yuqori. Hozirgi vaqtda Xitoyning materikdagi gofret fabrikalari asosan 12- dyuymli gofretlar bilan qurilgan va kremniy gofretlarning narxi 8- dyuymli gofretlarga qaraganda ancha yuqori. Shu bilan birga, SMIC va Huahong Semiconductor tomonidan taqdim etilgan mantiqiy chip quyish zavodlari jarayonni asta-sekin 28nm dan 16/14nm jarayoniga o'tkazdi, bu esa silikon gofretlarning umumiy narxini oshirdi.
Dunyoda 12-dyuymli ishlab chiqarish liniyasi birinchi marta 2000 yilda ochilganidan beri bozor talabi sezilarli darajada oshdi. 2008 yilda jo'natish hajmi birinchi marta 8- dyuymli silikon plastinalardan oshdi va 2009 yilda u boshqa o'lchamdagi kremniy gofretlarining jo'natish maydoni yig'indisidan oshdi. 2016 yildan 2018 yilgacha AI, bulutli hisoblash va blokcheyn kabi rivojlanayotgan bozorlarning jadal rivojlanishi tufayli 12- dyuymli kremniy gofretlarining yillik o'sish sur'ati 8% ni tashkil etdi. Kelajakda 12-dyuymli kremniy gofretlarning bozor ulushi o'sishda davom etadi. SUMCO ma'lumotlariga ko'ra, kelgusi 3-5 yil ichida 12-dyuymli kremniy gofretlariga global talab va taklifda bo'shliq saqlanib qoladi va yarimo'tkazgichning gullab-yashnashi bilan bu bo'shliq kattaroq va kattaroq bo'ladi. sikli ortadi. 2022 yilga kelib, oyiga 1000K bo'shliq paydo bo'ladi. Dunyoda rivojlanayotgan yarimo'tkazgich ishlab chiqarish bazasi sifatida Xitoyning katta silikon gofret bo'shlig'i silikon gofretni lokalizatsiya qilish tezligini oshiradi.
SUMCO statistik ma'lumotlariga ko'ra, 2018 yilda materik Xitoyda kremniy gofretlarini sotish hajmi taxminan 930 million AQSh dollarini tashkil etdi, bu o'tgan yilga nisbatan 45% ga o'sdi va bu dunyodagi eng tez rivojlanayotgan kremniy gofret bozoriga aylandi. 2020-2022 da Yangtze Memory, SMIC va Changxin Storage kabi yirik gofret fablarini kengaytirish rejalaridan foyda olish. Hisob-kitoblarga ko'ra, 2022 yil oxiriga kelib, Xitoyning materik hududidagi ekvivalent 12- dyuymli kremniy gofretlariga bo'lgan talab oyiga 2,01 million donaga yetadi, bozor maydoni 20 milliard yuanga etadi.
Sibranch yarimo'tkazgich sanoatining uchinchi transferini oluvchi sifatida mening mamlakatimning jahon bozorida yarimo'tkazgich sotish ulushi o'sishda davom etmoqda, deb hisoblaydi. Qolaversa, mening mamlakatimiz maishiy elektronika mahsulotlarini ishlab chiqaruvchi, eksport qiluvchi va iste’mol qiluvchi dunyoda birinchi o‘rinda turadi va yarimo‘tkazgichli mahsulotlarga talab katta. Shuning uchun mahalliylashtirish darajasi sanoat xavfsizligiga katta ta'sir ko'rsatadi. Gofret ishlab chiqarish materiallari bozorida eng katta va eng asosiy nav sifatida mening mamlakatim silikon gofretlar sohasida kamchiliklarga ega va bu katta silikon gofretlarda ko'proq e'tiborga olinadi. Biroq, milliy siyosat va mablag'lar ko'magida ko'plab xitoylik kompaniyalar ishlab chiqarish liniyalarini rejalashtirdilar va yirik yarim o'tkazgichli kremniy gofretlarini yotqizdilar.