Rincian Blog

Didorong oleh pesatnya peningkatan kendaraan listrik, sistem energi terbarukan, dan teknologi komunikasi generasi berikutnya, industri substrat silikon karbida (SiC) telah memasuki periode ekspansi yang dipercepat. Sebagai bahan inti dalam semikonduktor pita lebar, SiC memungkinkan kinerja perangkat suhu tinggi, tegangan tinggi, dan frekuensi tinggi di luar batas silikon tradisional. Dengan peningkatan kapasitas produksi, pasar bergerak menuju adopsi yang lebih luas, biaya yang lebih rendah, dan peningkatan teknologi yang berkelanjutan.

1. Tinjauan Substrat Silikon Karbida

1.1 Sifat-Sifat Silikon Karbida

Silikon karbida (SiC) adalah senyawa sintetis yang terdiri dari silikon dan karbon. Ia memiliki titik leleh yang sangat tinggi (~2700°C), kekerasan kedua setelah berlian, konduktivitas termal yang tinggi, celah pita yang lebar, medan listrik tembus yang tinggi, dan kecepatan hanyut saturasi elektron yang cepat. Karakteristik ini menjadikan SiC sebagai salah satu bahan terpenting untuk elektronik daya dan aplikasi RF.

1.2 Jenis-Jenis Substrat SiC

Substrat SiC dikategorikan berdasarkan resistivitas listrik:

• Substrat semi-isolasi (≥10⁵ Ω·cm), digunakan untuk perangkat RF GaN-on-SiC dalam komunikasi 5G, radar, dan elektronik frekuensi tinggi.

• Substrat konduktif (15–30 mΩ·cm), digunakan untuk wafer epitaksial SiC dalam perangkat daya untuk EV, energi terbarukan, modul industri, dan transit kereta api.

2. Rantai Industri Material SiC

Rantai nilai SiC terdiri dari sintesis bahan baku, pertumbuhan kristal, pemesinan ingot, pengirisan wafer, penggilingan, pemolesan, pertumbuhan epitaksial, fabrikasi perangkat, dan aplikasi hilir. Di antara langkah-langkah ini, manufaktur substrat memiliki hambatan teknis dan kontribusi biaya tertinggi, yang menyumbang sekitar 46% dari total biaya perangkat.

Substrat semi-isolasi mendukung aplikasi RF frekuensi tinggi, sementara substrat konduktif melayani pasar perangkat daya tinggi dan tegangan tinggi.

3. Proses Manufaktur Substrat SiC

Produksi substrat SiC memerlukan lusinan langkah presisi tinggi untuk mengontrol cacat, kemurnian, dan keseragaman.

3.1 Sintesis Bahan Baku

Serbuk silikon dan karbon kemurnian tinggi dicampur dan direaksikan pada suhu di atas 2000°C untuk membentuk serbuk SiC dengan fase kristal dan tingkat pengotor yang terkontrol.

3.2 Pertumbuhan Kristal

Pertumbuhan kristal adalah langkah paling kritis yang memengaruhi kualitas substrat. Metode utama meliputi:

• PVT (Physical Vapor Transport): Metode industri utama di mana serbuk SiC menyublimasi dan rekristalisasi pada kristal benih.

• HTCVD (High-Temperature CVD): Memungkinkan kemurnian yang lebih tinggi dan tingkat cacat yang lebih rendah tetapi membutuhkan peralatan yang lebih kompleks.

• LPE (Liquid Phase Epitaxy): Mampu menghasilkan kristal cacat rendah tetapi lebih mahal dan lebih kompleks untuk ditingkatkan.

3.3 Pemrosesan Ingot

Kristal yang tumbuh diorientasikan, dibentuk, dan digiling menjadi ingot standar.

3.4 Pengirisan Wafer

Gergaji kawat berlian memotong ingot menjadi wafer, yang menjalani inspeksi warp, bow, dan TTV.

3.5 Penggilingan dan Pemolesan

Proses mekanis dan kimia menipiskan permukaan, menghilangkan kerusakan, dan mencapai kerataan tingkat nanometer.

3.6 Pembersihan Akhir

Prosedur ultra-bersih menghilangkan partikel, ion logam, dan kontaminan organik, menghasilkan substrat SiC akhir.

4. Tinjauan Pasar Global

Penelitian industri menunjukkan bahwa pasar substrat SiC global mencapai sekitar USD 754 juta pada tahun 2022, yang mewakili pertumbuhan 27,8% year-over-year. Pasar diperkirakan akan mencapai USD 1,6 miliar pada tahun 2025.

Substrat konduktif menyumbang sekitar 68% dari permintaan, didorong oleh EV dan energi terbarukan. Substrat semi-isolasi mewakili sekitar 32%, didorong oleh aplikasi 5G dan frekuensi tinggi.

5. Lanskap Kompetitif

Industri ini memiliki ambang batas teknis yang tinggi, termasuk siklus R&D yang panjang, kontrol cacat kristal, dan persyaratan peralatan canggih. Sementara pemasok global saat ini memegang posisi yang kuat dalam substrat konduktif, produsen domestik dengan cepat meningkatkan kualitas pertumbuhan kristal, kontrol kepadatan cacat, dan kemampuan berdiameter besar. Daya saing biaya akan semakin bergantung pada peningkatan hasil dan skala produksi.

6. Tren Pengembangan di Masa Depan

6.1 Diameter Substrat yang Lebih Besar

Transisi ke wafer berdiameter besar sangat penting untuk mengurangi biaya per perangkat dan meningkatkan output.

• Substrat semi-isolasi beralih dari 4 inci ke 6 inci.

• Substrat konduktif bermigrasi dari 6 inci ke 8 inci.

6.2 Kepadatan Cacat yang Lebih Rendah

Mengurangi micropipes, dislokasi bidang basal, dan kesalahan penumpukan adalah kunci untuk mencapai manufaktur perangkat hasil tinggi.

6.3 Pengurangan Biaya Melalui Skala

Karena lebih banyak produsen mencapai produksi skala industri, keunggulan biaya dan stabilitas pasokan akan mempercepat adopsi global perangkat SiC.

6.4 Permintaan Didorong oleh Elektrifikasi dan Sistem Daya Tinggi

Momentum pertumbuhan yang kuat berasal dari kendaraan listrik, infrastruktur pengisian cepat, fotovoltaik, sistem penyimpanan energi, modul daya industri, dan sistem komunikasi canggih.

Kesimpulan

Industri substrat silikon karbida memasuki jendela pertumbuhan strategis yang ditandai dengan perluasan aplikasi, kemajuan teknologi yang pesat, dan peningkatan skala produksi. Seiring dengan peningkatan ukuran wafer dan peningkatan kualitas kristal, SiC akan memainkan peran yang semakin penting dalam elektrifikasi global dan sistem konversi daya. Produsen yang memimpin dalam kontrol cacat, optimalisasi hasil, dan teknologi berdiameter besar akan memanfaatkan fase peluang pasar berikutnya.