Полупроводниковые кремниевые пластины служат фундаментальными строительными блоками электронной промышленности, образуя основную подложку для примерно 90% всех чипов , производимых во всем мире. Эти сверхчистые тонкие диски из кристаллического кремния обеспечивают физическую основу, на которой создаются интегральные схемы и полупроводниковые приборы, что делает их незаменимыми для современных технологий.

Процесс производства кремниевых пластин включает в себя преобразование сырья в высокотехнологичные подложки посредством сложных процессов, включая очистку, выращивание кристаллов и прецизионную обработку, в результате чего получаются продукты, напрямую определяющие производительность и выход конечных полупроводниковых приборов.

Производство полупроводниковых кремниевых пластин представляет собой один из самых точных производственных процессов в современной промышленности. Он начинается с очистки сырого кремния в поликристаллический кремний электронного качества, требующего исключительного уровня чистоты, достигающего 99,999999999% (11N) для передовых применений.

Ключевые этапы производства включают:

• Выращивание кристаллов: Использование таких методов, как процесс Чохральского, для получения монокристаллических кремниевых слитков с определенной кристаллической ориентацией

• Резка пластин: Прецизионная резка слитков на тонкие пластины с использованием специализированного оборудования, такого как алмазные проволочные пилы

• Обработка поверхности: Шлифовка, полировка и химическое травление для достижения плоскостности поверхности на атомном уровне

• Очистка и контроль: Строгий контроль качества для устранения загрязнений и дефектов

Техническая конкуренция в производстве передовых пластин сосредоточена в первую очередь на чистоте и однородности. Международные лидеры достигли замечательной стабильности в таких параметрах, как колебания содержания кислорода (поддерживаются ниже <5ppma), в то время как отечественные производители по-прежнему сталкиваются с проблемами в достижении сопоставимой однородности критических параметров, таких как толщина эпитаксиального слоя для 12-дюймовых пластин, где отклонения должны поддерживаться ниже 1% для высококлассных применений.

Кремниевые пластины в основном классифицируются по диаметру, при этом каждый размер обслуживает отдельные сегменты рынка и технологические применения:

• Основные области применения: Силовые полупроводники (диоды, тиристоры), бытовая электроника с менее строгими требованиями к процессу и базовые схемы управления для промышленных применений

• Положение на рынке: Постепенно выводятся из основных применений, но сохраняют нишевое использование в определенных дискретных устройствах

• Основные области применения:

  • Автомобильная электроника (системы трансмиссии, управление кузовом, компоненты ADAS)

  • Промышленная автоматизация (датчики, контроллеры)

  • Силовые приборы (MOSFET, IGBT)

  • Драйверы дисплеев, датчики отпечатков пальцев и аналоговые схемы

• Тенденции рынка: Устойчивый спрос со стороны автомобильного и промышленного секторов, с появлением новых производственных мощностей для удовлетворения конкретных потребностей рынка

• Основные области применения:

  • Передовые логические чипы (CPU, GPU, процессоры смартфонов)

  • Микросхемы памяти (DRAM, NAND Flash)

  • Искусственный интеллект, высокопроизводительные вычисления и облачная инфраструктура

  • Передовые датчики изображения и специализированные процессоры

• Тенденции рынка: Самый быстрорастущий сегмент, обусловленный спросом на вычислительную мощность, с основными производителями, расширяющими производственные мощности по всему миру

Рынок полупроводниковых кремниевых пластин испытывает структурную дивергенцию в разных сегментах. В то время как рынок 12-дюймовых пластин продолжает демонстрировать устойчивый рост, обусловленный передовыми логическими и запоминающими приложениями, сегменты 6-дюймовых и меньших пластин сталкиваются с давлением корректировки из-за смягчения спроса на потребительскую электронику.

Основные события на рынке включают:

• Расширение мощностей: Ведущие мировые производители вкладывают значительные средства в производство 12-дюймовых пластин, при этом ожидается, что новые заводы начнут работу к 2025 году

• Геополитические факторы: Соображения цепочки поставок влияют на решения о месте производства, с увеличением диверсификации инвестиций по регионам

• Технологические дорожные карты: Непрерывное продвижение к большим диаметрам и более сложным эпитаксиальным пластинам для удовлетворения растущих требований к узлам полупроводников

Прогнозируется, что мировой рынок кремниевых эпитаксиальных пластин достигнет $10,9 млрд к 2025 году, что отражает критическую важность этих передовых подложек для полупроводниковых приборов следующего поколения.

Китайская индустрия полупроводниковых кремниевых пластин добилась значительного прогресса, особенно в технологии 8-дюймовых пластин, где отечественные возможности все больше приближаются к международным стандартам. Страна продемонстрировала способность быстро создавать передовые производственные мощности, при этом некоторые проекты достигают готовности к производству в течение 16 месяцев после начала строительства.

Однако технологические пробелы остаются в самом передовом сегменте 12-дюймовых пластин, где такие параметры, как чистота, геометрические характеристики (толщина, плоскостность, прогиб, коробление), количество частиц на поверхности, остатки металлов и однородность легирования, представляют собой серьезные проблемы.

Будущая траектория развития полупроводниковых кремниевых пластин по-прежнему подчеркивает большие диаметры, более высокую чистоту и все более специализированные спецификации для поддержки новых технологий, включая искусственный интеллект, электромобили и инфраструктуру связи следующего поколения. Это развитие гарантирует, что кремниевые пластины сохранят свою основополагающую роль в глобальной экосистеме электроники в обозримом будущем.

Таблица: Применение полупроводниковых кремниевых пластин по размеру