Οι ημιαγωγοί πυριτίου σε μορφή δίσκων (wafers) αποτελούν τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της βιομηχανίας ηλεκτρονικών, σχηματίζοντας το απαραίτητο υπόστρωμα για περίπου το 90% όλων των τσιπ που παράγονται παγκοσμίως. Αυτοί οι εξαιρετικά καθαροί, λεπτοί δίσκοι κρυσταλλικού πυριτίου παρέχουν το φυσικό υπόβαθρο πάνω στο οποίο κατασκευάζονται τα ολοκληρωμένα κυκλώματα και οι ημιαγωγικές συσκευές, καθιστώντας τα απαραίτητα για τη σύγχρονη τεχνολογία.

Η διαδικασία κατασκευής των δίσκων πυριτίου περιλαμβάνει τη μετατροπή των πρώτων υλών σε εξαιρετικά επεξεργασμένα υποστρώματα μέσω εξελιγμένων διαδικασιών, συμπεριλαμβανομένου του καθαρισμού, της ανάπτυξης κρυστάλλων και της μηχανικής κατεργασίας ακριβείας, με αποτέλεσμα προϊόντα που καθορίζουν άμεσα την απόδοση και την απόδοση των τελικών ημιαγωγικών συσκευών.

Η παραγωγή ημιαγωγικών δίσκων πυριτίου αντιπροσωπεύει μια από τις πιο ακριβείς διαδικασίες κατασκευής στη σύγχρονη βιομηχανία. Ξεκινά με τον καθαρισμό του ακατέργαστου πυριτίου σε πολυ-κρυσταλλικό πυρίτιο ηλεκτρονικής ποιότητας, απαιτώντας εξαιρετικά επίπεδα καθαρότητας που φτάνουν έως και 99,999999999% (11N) για προηγμένες εφαρμογές.

Τα κρίσιμα στάδια κατασκευής περιλαμβάνουν:

• Ανάπτυξη Κρυστάλλων: Χρήση μεθόδων όπως η διαδικασία Czochralski για την παραγωγή μονοκρυσταλλικών ράβδων πυριτίου με συγκεκριμένους προσανατολισμούς κρυστάλλων

• Κοπή Δίσκων: Κοπή ράβδων ακριβείας σε λεπτούς δίσκους χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο εξοπλισμό όπως πριόνια με διαμαντένιο σύρμα

• Επεξεργασία Επιφανειών: Λείανση, στίλβωση και χημική χάραξη για την επίτευξη επιπεδότητας επιφανείας σε ατομικό επίπεδο

• Καθαρισμός και Επιθεώρηση: Αυστηρός ποιοτικός έλεγχος για την εξάλειψη ρύπων και ελαττωμάτων

Ο τεχνικός ανταγωνισμός στην προηγμένη κατασκευή δίσκων επικεντρώνεται κυρίως στην καθαρότητα και την ομοιομορφία. Οι διεθνείς ηγέτες έχουν επιτύχει αξιοσημείωτη συνέπεια σε παραμέτρους όπως οι διακυμάνσεις της περιεκτικότητας σε οξυγόνο (διατηρούνται κάτω από <5ppma), ενώ οι εγχώριοι κατασκευαστές εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προκλήσεις στην επίτευξη συγκρίσιμης ομοιομορφίας σε κρίσιμες παραμέτρους όπως το πάχος του επιταξιακού στρώματος για δίσκους 12 ιντσών, όπου οι αποκλίσεις πρέπει να διατηρούνται κάτω από 1% για εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας.

Οι δίσκοι πυριτίου κατηγοριοποιούνται κυρίως ανά διάμετρο, με κάθε μέγεθος να εξυπηρετεί διακριτά τμήματα της αγοράς και τεχνολογικές εφαρμογές:

• Κύριες Εφαρμογές: Ημιαγωγοί ισχύος (δίοδοι, θυρίστορ), ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης με λιγότερο αυστηρές απαιτήσεις διεργασίας και βασικά κυκλώματα ελέγχου για βιομηχανικές εφαρμογές

• Θέση στην Αγορά: Σταδιακή κατάργηση για εφαρμογές μαζικής αγοράς, αλλά διατήρηση εξειδικευμένων χρήσεων σε συγκεκριμένες διακριτές συσκευές

• Κύριες Εφαρμογές:

  • Ηλεκτρονικά αυτοκινήτων (συστήματα μετάδοσης κίνησης, έλεγχος αμαξώματος, εξαρτήματα ADAS)

  • Βιομηχανικός αυτοματισμός (αισθητήρες, ελεγκτές)

  • Συσκευές ισχύος (MOSFETs, IGBTs)

  • Οδηγοί οθόνης, αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων και αναλογικά κυκλώματα

• Τάσεις της Αγοράς: Διαρκής ζήτηση από τους τομείς της αυτοκινητοβιομηχανίας και της βιομηχανίας, με νέες εγκαταστάσεις παραγωγής να εμφανίζονται για την κάλυψη συγκεκριμένων αναγκών της αγοράς

• Κύριες Εφαρμογές:

  • Προηγμένα τσιπ λογικής (CPU, GPU, επεξεργαστές smartphone)

  • Τσιπ μνήμης (DRAM, NAND Flash)

  • Τεχνητή νοημοσύνη, υπολογιστές υψηλής απόδοσης και υποδομές cloud

  • Προηγμένοι αισθητήρες εικόνας και εξειδικευμένοι επεξεργαστές

• Τάσεις της Αγοράς: Το τμήμα με την υψηλότερη ανάπτυξη, που οδηγείται από τη ζήτηση για υπολογιστική ισχύ, με μεγάλους κατασκευαστές να επεκτείνουν την παραγωγική τους ικανότητα παγκοσμίως

Η αγορά ημιαγωγικών δίσκων πυριτίου παρουσιάζει διαρθρωτική απόκλιση σε διαφορετικά τμήματα. Ενώ η αγορά δίσκων 12 ιντσών συνεχίζει να παρουσιάζει ισχυρή ανάπτυξη, που οδηγείται από προηγμένες εφαρμογές λογικής και μνήμης, τα τμήματα δίσκων 6 ιντσών και μικρότερων μεγεθών αντιμετωπίζουν πιέσεις προσαρμογής λόγω της μείωσης της ζήτησης ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης.

Οι βασικές εξελίξεις της αγοράς περιλαμβάνουν:

• Επέκταση Ικανότητας: Οι κορυφαίοι παγκόσμιοι κατασκευαστές επενδύουν σημαντικά σε εγκαταστάσεις παραγωγής δίσκων 12 ιντσών, με νέα εργοστάσια να αναμένεται να τεθούν σε λειτουργία έως το 2025

• Γεωπολιτικοί Παράγοντες: Οι εκτιμήσεις της εφοδιαστικής αλυσίδας επηρεάζουν τις αποφάσεις για την τοποθεσία κατασκευής, με αυξημένη διαφοροποίηση επενδύσεων σε όλες τις περιοχές

• Οδικοί Χάρτες Τεχνολογίας: Συνεχής πρόοδος προς μεγαλύτερες διαμέτρους και πιο εξελιγμένους επιταξιακούς δίσκους για την κάλυψη των αναγκών των προηγούμενων κόμβων ημιαγωγών

Η παγκόσμια αγορά επιταξιακών δίσκων πυριτίου προβλέπεται να φτάσει τα $10,9 δισεκατομμύρια έως το 2025, αντανακλώντας την κρίσιμη σημασία αυτών των προηγμένων υποστρωμάτων για τις ημιαγωγικές συσκευές επόμενης γενιάς.

Η βιομηχανία ημιαγωγικών δίσκων πυριτίου της Κίνας έχει σημειώσει αξιοσημείωτη πρόοδο, ιδιαίτερα στην τεχνολογία δίσκων 8 ιντσών, όπου οι εγχώριες δυνατότητες πλησιάζουν όλο και περισσότερο τα διεθνή πρότυπα. Η χώρα έχει αποδείξει την ικανότητα να δημιουργεί προηγμένες εγκαταστάσεις κατασκευής γρήγορα, με ορισμένα έργα να επιτυγχάνουν ετοιμότητα παραγωγής εντός 16 μηνών από την έναρξη των εργασιών.

Ωστόσο, παραμένουν τεχνολογικά κενά στο πιο προηγμένο τμήμα δίσκων 12 ιντσών, όπου παράμετροι όπως η καθαρότητα, οι γεωμετρικές προδιαγραφές (πάχος, επιπεδότητα, κάμψη, στρέβλωση), οι μετρήσεις σωματιδίων επιφανείας, τα υπολείμματα μετάλλων και η ομοιομορφία ντόπινγκ παρουσιάζουν σημαντικές προκλήσεις.

Η μελλοντική τροχιά ανάπτυξης των ημιαγωγικών δίσκων πυριτίου συνεχίζει να δίνει έμφαση σε μεγαλύτερες διαμέτρους, υψηλότερη καθαρότητα και ολοένα και πιο εξειδικευμένες προδιαγραφές για την υποστήριξη αναδυόμενων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένης της τεχνητής νοημοσύνης, των ηλεκτρικών οχημάτων και των υποδομών επικοινωνιών επόμενης γενιάς. Αυτή η πρόοδος διασφαλίζει ότι οι δίσκοι πυριτίου θα διατηρήσουν τον θεμελιώδη ρόλο τους στο παγκόσμιο οικοσύστημα ηλεκτρονικών για το άμεσο μέλλον.

Πίνακας: Εφαρμογές ημιαγωγικών δίσκων πυριτίου ανά μέγεθος