'n Epitaksiale laag is 'n spesifieke enkelkristal dun film wat deur 'n epitaksiale proses op 'n wafersubstraat gekweek word; die substraatwafer en die epitaksiale film word gesamentlik 'n epitaksiale wafer genoem. Onder hierdie produseer die kweek van 'n silikonkarbied epitaksiale laag op 'n geleidende silikonkarbiedsubstraat 'n homogene silikonkarbied epitaksiale wafer, wat verder vervaardig kan word in kragtoestelle soos Schottky-diodes, MOSFET's en IGBT's. Die mees gebruikte substraattipe is die 4H-SiC-substraat.
Aangesien feitlik alle toestelle op epitaksiale lae vervaardig word, het die kwaliteit van die epitaksiale laag 'n beduidende impak op die toestel se werkverrigting. Die kwaliteit van die epitaksiale laag word egter beïnvloed deur kristal- en substraatverwerking, wat dit op 'n kritieke punt in die bedryf plaas en 'n sentrale rol in die ontwikkeling daarvan speel.
Die primêre metodes vir die voorbereiding van silikonkarbied-epitaksiale lae sluit in: dampafsetting; vloeistoffase-epitaksie (LPE); molekulêre bundel-epitaksie (MBE); en chemiese dampafsetting (CVD). Onder hierdie is chemiese dampafsetting (CVD) die mees gebruikte metode vir 4H-SiC homogene epitaksie. 4H-SiC CVD-epitaksie maak tipies gebruik van CVD-toerusting, wat die kontinuïteit van die 4H-SiC-kristalstruktuur onder hoë groeitemperature verseker.
In CVD-toerusting kan die substraat nie direk op 'n metaaloppervlak geplaas word of bloot op 'n basis vir epitaksiale afsetting nie, aangesien dit verskeie beïnvloedende faktore soos gasvloeirigting (horisontaal, vertikaal), temperatuur, druk, fiksasie en kontaminasie van afwerpende deeltjies behels. Daarom is 'n ondersteuningsbasis nodig; die substraat word op 'n bakkie geplaas, en epitaksiale afsetting word dan op die substraat uitgevoer met behulp van CVD-tegnologie. Hierdie ondersteuningsbasis is 'n SiC-bedekte grafietbasis.
As 'n kernkomponent beskik die grafietsubstraat oor hoë spesifieke sterkte en spesifieke modulus, sowel as goeie termiese skok- en korrosiebestandheid. Tydens produksie is die grafiet egter onderhewig aan korrosie en poeierafskeiding as gevolg van korrosiewe gasse en oorblywende organometaalverbindings, wat die substraat se lewensduur aansienlik verminder. Terselfdertyd kan die afgestorte grafietpoeier die skyfies besoedel. In die produksie van silikonkarbied epitaksiale wafers het dit toenemend moeilik geword om aan die steeds strenger vereistes vir grafietmateriale te voldoen, wat hul ontwikkeling en praktiese toepassing ernstig beperk. Gevolglik,bedekkingstegnologiehet as 'n oplossing na vore gekom.
Voordele van SiC-bedekkings in die halfgeleierbedryf
Die fisiese en chemiese eienskappe van bedekkings moet aan streng vereistes vir hoëtemperatuur- en korrosiebestandheid voldoen, aangesien dit die produkopbrengs en lewensduur direk beïnvloed. SiC-materiaal beskik oor hoë sterkte, hoë hardheid, 'n lae termiese uitbreidingskoëffisiënt en uitstekende termiese geleidingsvermoë, wat dit 'n kritieke hoëtemperatuur-strukturele en halfgeleiermateriaal maak. Wanneer dit op grafietsubstrate toegepas word, sluit die voordele daarvan die volgende in:
1) SiC is korrosiebestand en kan die grafietsubstraat volledig inkapsel. Die hoë digtheid daarvan voorkom skade deur korrosiewe gasse.
2) SiC het hoë termiese geleidingsvermoë en sterk bindingssterkte met die grafietsubstraat, wat verseker dat die deklaag ongeskonde bly selfs na herhaalde hoë-lae temperatuur siklusse.
3) SiC beskik oor uitstekende chemiese stabiliteit, wat voorkom dat die laag in hoëtemperatuur- en korrosiewe atmosfere misluk.
Verder benodig epitaksiale oonde wat van verskillende materiale gemaak is, grafietbakke met spesifieke werkverrigtingspesifikasies. Die termiese uitbreidingskoëffisiënt van die grafietmateriaal moet versoenbaar wees met die groeitemperatuur van die epitaksiale oond. Aangesien die groeitemperatuur vir silikonkarbied-epitaksie byvoorbeeld hoog is, word bakke met 'n hoë mate van termiese uitbreidingskoëffisiënt-ooreenstemming vereis. Die termiese uitbreidingskoëffisiënt van SiC verskil baie min van dié van grafiet, wat dit die voorkeurmateriaal maak vir die bedekking van die oppervlak van grafietsubstrate.
SiC bestaan in verskeie kristalvorme, met die mees algemene tans 3C-, 4H- en 6H-tipes, wat elk verskillende toepassings dien. Byvoorbeeld, 4H-SiC word gebruik om hoëkragtoestelle te vervaardig; 6H-SiC is die mees stabiele en word gebruik om opto-elektroniese toestelle te vervaardig; en 3C-SiC, as gevolg van sy strukturele ooreenkoms met GaN, word gebruik om GaN-epitaksiale lae te produseer vir die vervaardiging van SiC-GaN RF-toestelle. 3C-SiC word ook algemeen na verwys as β-SiC. 'n Sleuteltoepassing van β-SiC is as 'n dunfilm- en bedekkingsmateriaal; gevolglik is β-SiC tans die primêre materiaal wat vir bedekkings gebruik word.
As 'n algemene verbruiksgoeder in halfgeleierproduksie, word SiC-bedekkings hoofsaaklik gebruik in prosesse soos substraatvoorbereiding, epitaksie, oksidasie en diffusie, ets en iooninplanting. Die fisiese en chemiese eienskappe van die bedekking moet aan streng vereistes vir hoëtemperatuurweerstand en korrosieweerstand voldoen, aangesien dit die produkopbrengs en lewensduur direk beïnvloed. Gevolglik is die voorbereiding van SiC-bedekkings van kritieke belang.
Proses vir die voorbereiding van silikonkarbiedbedekkings
Tans sluit die primêre metodes vir die voorbereiding van SiC-bedekkings die sol-gel-metode, die inbeddingsmetode, kwasbedekking, plasmabespuiting, chemiese dampreaksie (CVR) en chemiese dampafsetting (CVD) in.
Inbeddingsmetode
Hierdie metode is 'n tipe hoëtemperatuur-vastetoestand-sintering. Dit gebruik hoofsaaklik 'n mengsel van silikon (Si) poeier en koolstof (C) poeier as die inbedpoeier. 'n Grafietsubstraat word binne die inbedpoeier geplaas en by hoë temperature in 'n inerte gasatmosfeer gesinter, wat uiteindelik 'n SiC-laag op die oppervlak van die grafietsubstraat vorm. Hierdie metode beskik oor 'n eenvoudige proses en goeie adhesie tussen die laag en die substraat; die laag vertoon egter swak eenvormigheid langs die dikterigting en is geneig om talle porieë te ontwikkel, wat lei tot swak oksidasieweerstand.
Borselbedekkingsmetode
Die kwasbedekkingsmetode behels hoofsaaklik die aanwending van vloeibare grondstowwe op die oppervlak van die grafietsubstraat, gevolg deur die uitharding van die materiaal by 'n spesifieke temperatuur om die deklaag te vorm. Hierdie metode is eenvoudig en koste-effektief; die gevolglike deklaag toon egter swak adhesie aan die substraat, swak eenvormigheid en is relatief dun met lae oksidasieweerstand, wat aanvullende metodes noodsaak.
Plasma-spuitmetode
Die plasmaspuitmetode behels die gebruik van 'n plasmageweer om gesmelte of halfgesmelte rou materiaal op die oppervlak van die grafietsubstraat te spuit, wat dan stol en bind om 'n laag te vorm. Hierdie metode is eenvoudig om te gebruik en kan relatief digte silikonkarbiedbedekkings produseer; die gevolglike bedekkings is egter dikwels te dun, wat lei tot swak oksidasieweerstand. Daarom word dit oor die algemeen gebruik in die voorbereiding van SiC-saamgestelde bedekkings om die kwaliteit van die bedekking te verbeter.
Gel-Sol Metode
Die gel-sol-metode behels hoofsaaklik die voorbereiding van 'n eenvormige, deursigtige sol-oplossing om die substraatoppervlak te bedek. Nadat dit in 'n gel gedroog is, word die materiaal gesinter om die deklaag te vorm. Hierdie metode is eenvoudig om te gebruik en relatief goedkoop; die gevolglike bedekkings ly egter aan nadele soos lae termiese skokweerstand en 'n neiging om te kraak, wat hul wydverspreide toepassing beperk.
Chemiese Dampreaksie (CVR) Metode
CVR gebruik hoofsaaklik Si- en SiO₂-poeiers om SiO₂-damp by hoë temperature te genereer, wat 'n reeks chemiese reaksies op die oppervlak van die Si-substraat veroorsaak om 'n SiC-laag te vorm. Die SiC-laag wat deur hierdie metode vervaardig word, bind styf aan die substraat; die reaksietemperatuur is egter hoog, en die koste is ook relatief hoog.
Chemiese Dampafsetting (CVD)
CVD is tans die primêre tegnologie vir die voorbereiding van SiC-bedekkings op substraatoppervlaktes. Die hoofproses behels 'n reeks fisies-chemiese reaksies tussen gasvormige reaktante en die substraatoppervlak, wat uiteindelik lei tot die afsetting van 'n SiC-bedekking. SiC-bedekkings wat deur CVD-tegnologie vervaardig word, bind styf aan die substraatoppervlak en kan die substraatmateriaal se oksidasieweerstand en ablasieweerstand effektief verbeter; hierdie metode vereis egter 'n relatief lang afsettingstyd, en die reaksiegasse bevat sekere giftige komponente.
Tendense in SiC-bedekkings
SiC-bedekkings word hoofsaaklik as verbruiksgoedere in halfgeleiervervaardiging gebruik, met sleutelprestasie-maatstawwe wat die eenvormigheid van die bedekking, die termiese uitbreidingskoëffisiënt en termiese geleidingsvermoë insluit. Hoewel daar 'n beduidende binnelandse vraag na SiC-bedekkings in China is, bly die tegnologie onvolwasse. Oorsee is slegs een Amerikaanse maatskappy in hierdie veld bedrywig, en sy produkte is relatief duur.
Kristalboteis verbruiksgoedere wat in epitaksiale produksie gebruik word wat SiC-bedekte grafiet kan vervang, alhoewel die markvolume klein is. Volgende is TaC-bedekte grafiet, wat beter chemiese korrosiebestandheid bied as blote grafiet of SiC-bedekte grafiet, maar dit is onbetaalbaar duur en nog in die vroeë stadiums van ontwikkeling. Tans is plaaslike maatskappye soosLiufang halfgeleier, Semicera, enVetek Semiconductoris betrokke by O&O in hierdie gebied.
Plasingstyd: 20 Mei 2026