ሴሚኮንዳክተር ክፍሎች - በሲሲ የተሸፈነ ግራፋይት መሰረት

በብረት-ኦርጋኒክ የኬሚካል ትነት ማስቀመጫ (MOCVD) መሳሪያዎች ውስጥ የሲሲ ሽፋን ያላቸው የግራፋይት መሰረቶች በተለምዶ ነጠላ ክሪስታል ንጣፎችን ለመደገፍ እና ለማሞቅ ያገለግላሉ። የSiC ሽፋን ያለው የግራፋይት መሰረት የሙቀት መረጋጋት፣ የሙቀት ወጥነት እና ሌሎች የአፈጻጸም መለኪያዎች በኤፒታክሲያል ቁስ እድገት ጥራት ላይ ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ፣ ስለዚህ የMOCVD መሳሪያዎች ዋና ቁልፍ አካል ነው።

በዋፈር ማምረቻ ሂደት ውስጥ፣ የመሳሪያዎችን ማምረት ለማመቻቸት በአንዳንድ የዋፈር ንጣፎች ላይ የኤፒታክሲያል ንብርብሮች የበለጠ ይገነባሉ። የተለመዱ የ LED ብርሃን አመንጪ መሳሪያዎች በሲሊኮን ንጣፎች ላይ የGaAs ኤፒታክሲያል ንብርብሮችን ማዘጋጀት አለባቸው፤ የSiC ኤፒታክሲያል ንብርብር ለከፍተኛ ቮልቴጅ፣ ለከፍተኛ ጅረት እና ለሌሎች የኃይል አፕሊኬሽኖች እንደ SBD፣ MOSFET፣ ወዘተ ላሉ መሳሪያዎች ግንባታ በሚመራው SiC ንጣፎች ላይ ይበቅላል፤ የGaN ኤፒታክሲያል ንብርብር HEMT እና እንደ ግንኙነት ላሉ የRF አፕሊኬሽኖች ሌሎች መሳሪያዎችን ለመገንባት ከፊል-ኢንሱሌትድ SiC ንጣፎች ላይ የተገነባ ነው። ይህ ሂደት ከCVD መሳሪያዎች የማይነጣጠል ነው።

በሲቪዲ መሳሪያዎች ውስጥ፣ ንጣፉ በቀጥታ በብረት ላይ መቀመጥ ወይም በቀላሉ ለኤፒታክሲያል ክምችት በመሠረት ላይ መቀመጥ አይችልም፣ ምክንያቱም የጋዝ ፍሰት (አግድም፣ ቀጥ ያለ)፣ የሙቀት መጠን፣ ግፊት፣ ጥገና፣ የብክለት መፍሰስ እና ሌሎች የተጽዕኖ ምክንያቶችን ያካትታል። ስለዚህ፣ መሠረት ያስፈልጋል፣ ከዚያም ንጣፉ በዲስኩ ላይ ይቀመጣል፣ ከዚያም ንጣፉ በሲቪዲ ቴክኖሎጂ በመጠቀም ንጣፉ ላይ ንጣፉ ይከናወናል፣ እና ይህ መሠረት የሲሲ ሽፋን ያለው ግራፋይት መሰረት (ትሪ በመባልም ይታወቃል) ነው።

በብረት-ኦርጋኒክ የኬሚካል ትነት ማስቀመጫ (MOCVD) መሳሪያዎች ውስጥ የሲሲ ሽፋን ያላቸው የግራፋይት መሰረቶች በተለምዶ ነጠላ ክሪስታል ንጣፎችን ለመደገፍ እና ለማሞቅ ያገለግላሉ። የSiC ሽፋን ያለው የግራፋይት መሰረት የሙቀት መረጋጋት፣ የሙቀት ወጥነት እና ሌሎች የአፈጻጸም መለኪያዎች በኤፒታክሲያል ቁስ እድገት ጥራት ላይ ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ፣ ስለዚህ የMOCVD መሳሪያዎች ዋና ቁልፍ አካል ነው።

የብረት-ኦርጋኒክ የኬሚካል ትነት ማስቀመጫ (MOCVD) በሰማያዊ LED ውስጥ የGaN ፊልሞችን ኤፒታክሲያል እድገት ለማድረግ ዋናው ቴክኖሎጂ ነው። ቀላል አሠራር፣ ቁጥጥር የሚደረግበት የእድገት መጠን እና የGaN ፊልሞች ከፍተኛ ንፅህና ጥቅሞች አሉት። በMOCVD መሳሪያዎች የምላሽ ክፍል ውስጥ አስፈላጊ አካል እንደመሆኑ መጠን፣ ለGaN ፊልም ኤፒታክሲያል እድገት የሚውለው የመሸከሚያ መሰረት ከፍተኛ የሙቀት መቋቋም፣ ወጥ የሆነ የሙቀት ማስተላለፊያ፣ ጥሩ የኬሚካል መረጋጋት፣ ጠንካራ የሙቀት ድንጋጤ መቋቋም፣ ወዘተ ጥቅሞች ሊኖሩት ይገባል። የግራፋይት ቁሳቁስ ከላይ የተጠቀሱትን ሁኔታዎች ሊያሟላ ይችላል።

የ MOCVD መሳሪያዎች ዋና ዋና ክፍሎች አንዱ እንደመሆኑ መጠን የግራፊት መሰረት የንጣፉ ተሸካሚ እና የማሞቂያ አካል ሲሆን ይህም የፊልም ቁሳቁስ ወጥነት እና ንፅህናን በቀጥታ የሚወስን ስለሆነ ጥራቱ በቀጥታ የኤፒታክሲያል ሉህ ዝግጅት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል፣ እና በተመሳሳይ ጊዜ የአጠቃቀም ብዛት እየጨመረ እና የስራ ሁኔታዎች ሲቀየሩ ለመልበስ በጣም ቀላል ነው፣ ይህም የፍጆታ ዕቃዎች አካል ነው።

ግራፋይት እጅግ በጣም ጥሩ የሙቀት ማስተላለፊያ እና መረጋጋት ቢኖረውም፣ እንደ MOCVD መሳሪያዎች መሰረታዊ አካል ጥሩ ጥቅም አለው፣ ነገር ግን በምርት ሂደት ውስጥ ግራፋይት በዝገት ጋዞች እና በብረታ ብረት ኦርጋኒክ ቅሪቶች ምክንያት ዱቄቱን ያበላሻል፣ እና የግራፋይት መሰረት የአገልግሎት ዘመን በእጅጉ ይቀንሳል። በተመሳሳይ ጊዜ የሚወድቀው የግራፋይት ዱቄት በቺፑ ላይ ብክለት ያስከትላል።

የሽፋን ቴክኖሎጂ ብቅ ማለት የገጽታ ዱቄት መጠገንን፣ የሙቀት አማቂነትን ማሻሻል እና የሙቀት ስርጭትን እኩል ማድረግ ይችላል፣ ይህም ይህንን ችግር ለመፍታት ዋናው ቴክኖሎጂ ሆኗል። በ MOCVD መሳሪያዎች ውስጥ የግራፋይት መሰረት አካባቢን ይጠቀማል፣ የግራፋይት ቤዝ ወለል ሽፋን የሚከተሉትን ባህሪያት ማሟላት አለበት፡

(1) የግራፋይት መሰረቱ ሙሉ በሙሉ ሊጠቀለል ይችላል፣ እና ጥጋቱ ጥሩ ነው፣ አለበለዚያ የግራፋይት መሰረቱ በዝገት ጋዝ ውስጥ ለመበላሸት ቀላል ነው።

(2) ከበርካታ ከፍተኛ የሙቀት መጠን እና ዝቅተኛ የሙቀት ዑደቶች በኋላ ሽፋኑ በቀላሉ እንዳይወድቅ ለማረጋገጥ ከግራፋይት ቤዝ ጋር ያለው ጥምረት ጥንካሬ ከፍተኛ ነው።

(3) ከፍተኛ ሙቀት እና ዝገት ባለበት አካባቢ የሽፋን ውድቀትን ለማስወገድ ጥሩ የኬሚካል መረጋጋት አለው።

SiC የዝገት መቋቋም፣ ከፍተኛ የሙቀት አማቂነት፣ የሙቀት ድንጋጤ መቋቋም እና ከፍተኛ የኬሚካል መረጋጋት ጥቅሞች አሉት፣ እና በGaN ኤፒታክሲያል ከባቢ አየር ውስጥ በጥሩ ሁኔታ ሊሠራ ይችላል። በተጨማሪም፣ የSiC የሙቀት መስፋፋት ኮፊሸንት ከግራፋይት በጣም ትንሽ ስለሚለያይ SiC የግራፋይት መሰረትን ወለል ለመሸፈን ተመራጭ ቁሳቁስ ነው።

በአሁኑ ጊዜ የተለመደው SiC በዋናነት 3C፣ 4H እና 6H አይነት ሲሆን የተለያዩ የክሪስታል አይነቶች የSiC አጠቃቀሞች የተለያዩ ናቸው። ለምሳሌ፣ 4H-SiC ከፍተኛ ኃይል ያላቸውን መሳሪያዎች ማምረት ይችላል፤ 6H-SiC በጣም የተረጋጋ እና የፎቶኤሌክትሪክ መሳሪያዎችን ማምረት ይችላል፤ ከGaN ጋር ተመሳሳይ በሆነ አወቃቀሩ ምክንያት፣ 3C-SiC የGaN ኤፒታክሲያል ንብርብር ለማምረት እና የSiC-GaN RF መሳሪያዎችን ለማምረት ሊያገለግል ይችላል። 3C-SiC በተለምዶ β-SiC በመባልም ይታወቃል፣ እና የβ-SiC ጠቃሚ አጠቃቀም እንደ ፊልም እና ሽፋን ቁሳቁስ ነው፣ ስለዚህ β-SiC በአሁኑ ጊዜ ለመሸፈን ዋናው ቁሳቁስ ነው።

የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን ለማዘጋጀት ዘዴ

በአሁኑ ጊዜ የሲሲ ሽፋን የማዘጋጀት ዘዴዎች በዋናነት የጄል-ሶል ዘዴ፣ የኢምቤዲንግ ዘዴ፣ የብሩሽ ሽፋን ዘዴ፣ የፕላዝማ ስፕሬይ ዘዴ፣ የኬሚካል ጋዝ ምላሽ ዘዴ (CVR) እና የኬሚካል ትነት ማስቀመጫ ዘዴ (CVD) ያካትታሉ።

የመክተት ዘዴ፡

ዘዴው ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው ጠንካራ የደረጃ ሲንቴሪንግ አይነት ሲሆን በዋናነት የSi ዱቄት እና የC ዱቄት ድብልቅን እንደ ኢምቤዲንግ ዱቄት ይጠቀማል፣ የግራፋይት ማትሪክስ በኢምቤዲንግ ዱቄት ውስጥ ይቀመጣል፣ እና ከፍተኛ የሙቀት መጠን ሲንቴሪንግ የሚከናወነው በማይንቀሳቀስ ጋዝ ውስጥ ነው፣ እና በመጨረሻም የSiC ሽፋን በግራፋይት ማትሪክስ ወለል ላይ ይገኛል። ሂደቱ ቀላል ነው እና በሽፋኑ እና በንጣፉ መካከል ያለው ጥምረት ጥሩ ነው፣ ነገር ግን የሽፋኑ ውፍረት አቅጣጫ ላይ ያለው ወጥነት ደካማ ነው፣ ይህም ተጨማሪ ቀዳዳዎችን ለማምረት ቀላል እና ወደ ደካማ የኦክሳይድ መቋቋም ይመራል።

የብሩሽ ሽፋን ዘዴ:

የብሩሽ ሽፋን ዘዴው በዋናነት በግራፍፋይት ማትሪክስ ወለል ላይ ያለውን ፈሳሽ ጥሬ እቃ መቦረሽ እና ከዚያም ሽፋኑን ለማዘጋጀት ጥሬ እቃውን በተወሰነ የሙቀት መጠን ማከም ነው። ሂደቱ ቀላል እና ወጪው ዝቅተኛ ነው፣ ነገር ግን በብሩሽ ሽፋን ዘዴ የተዘጋጀው ሽፋን ከንጣፉ ጋር በማጣመር ደካማ ነው፣ የሽፋኑ ወጥነት ደካማ ነው፣ ሽፋኑ ቀጭን ነው እና የኦክሳይድ መቋቋም ዝቅተኛ ነው፣ እና እሱን ለመርዳት ሌሎች ዘዴዎች ያስፈልጋሉ።

የፕላዝማ ስፕሬይ ዘዴ፡

የፕላዝማ መርጫ ዘዴ በዋናነት የቀለጠ ወይም ከፊል-ቀለጠ ጥሬ እቃዎችን በግራፍይት ማትሪክስ ወለል ላይ በፕላዝማ ሽጉጥ መርጨት ሲሆን ከዚያም ማጠንከር እና ሽፋን ለመፍጠር ማያያዝ ነው። ዘዴው ለመስራት ቀላል ሲሆን በአንጻራዊ ሁኔታ ጥቅጥቅ ያለ የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን ማዘጋጀት ይችላል፣ ነገር ግን በዚህ ዘዴ የተዘጋጀው የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን ብዙውን ጊዜ በጣም ደካማ እና ደካማ የኦክሳይድ መቋቋምን ያስከትላል፣ ስለዚህ በአጠቃላይ የሽፋኑን ጥራት ለማሻሻል የSiC ኮምፖዚት ሽፋን ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ ይውላል።

የጄል-ሶል ዘዴ፡

የጄል-ሶል ዘዴ በዋናነት የማትሪክስን ገጽ የሚሸፍን ወጥ የሆነ እና ግልጽ የሆነ የሶል መፍትሄ ማዘጋጀት ሲሆን ወደ ጄል በማድረቅ እና ከዚያም ሽፋን ለማግኘት በማቅለጥ ነው። ይህ ዘዴ ለመጠቀም ቀላል እና ዝቅተኛ ወጪ ያለው ነው፣ ነገር ግን የሚመረተው ሽፋን እንደ ዝቅተኛ የሙቀት ድንጋጤ መቋቋም እና በቀላሉ መሰንጠቅ ያሉ አንዳንድ ድክመቶች አሉት፣ ስለዚህ በስፋት ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም።

የኬሚካል ጋዝ ምላሽ (CVR):

ሲቪአር በዋናነት የሲሲ ሽፋን የሚያመነጨው በከፍተኛ ሙቀት የSiO2 እንፋሎትን ለመፍጠር በSiC እና SiO2 ዱቄት በመጠቀም ሲሆን ተከታታይ የኬሚካል ግብረመልሶች በC ቁሳቁስ ንጣፍ ወለል ላይ ይከሰታሉ። በዚህ ዘዴ የተዘጋጀው የሲሲ ሽፋን ከንጣፉ ጋር በቅርበት የተሳሰረ ነው፣ ነገር ግን የምላሽ ሙቀቱ ከፍ ያለ ሲሆን ዋጋውም ከፍ ያለ ነው።

የኬሚካል ትነት ክምችት (CVD):

በአሁኑ ጊዜ የሲሲ ሽፋንን በንጣፍ ወለል ላይ ለማዘጋጀት ዋናው ቴክኖሎጂ ሲቪዲ ነው። ዋናው ሂደት በንጣፍ ወለል ላይ የጋዝ ደረጃ ምላሽ ሰጪ ቁሳቁስ ተከታታይ አካላዊ እና ኬሚካላዊ ግብረመልሶች ሲሆን በመጨረሻም የሲሲ ሽፋን የሚዘጋጀው በንጣፍ ወለል ላይ በማስቀመጥ ነው። በሲቪዲ ቴክኖሎጂ የተዘጋጀው የሲሲ ሽፋን ከንጣፍ ወለል ጋር በቅርበት የተሳሰረ ሲሆን ይህም የንጣፍ ቁሱን የኦክሳይድ መቋቋም እና የመቀነስ መቋቋምን ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊያሻሽል ይችላል፣ ነገር ግን የዚህ ዘዴ የማስቀመጫ ጊዜ ረዘም ያለ ሲሆን የምላሽ ጋዝ የተወሰነ መርዛማ ጋዝ አለው።

የሲሲ ሽፋን ያለው ግራፋይት መሰረት የገበያ ሁኔታ

የውጭ አምራቾች ቀደም ብለው ሲጀምሩ ግልጽ የሆነ አመራር እና ከፍተኛ የገበያ ድርሻ ነበራቸው። በዓለም አቀፍ ደረጃ፣ የሲሲ ሽፋን ያለው የግራፋይት መሠረት ዋና አቅራቢዎች ደች ዢካርድ፣ ጀርመን ኤስጂኤል ካርቦን (SGL)፣ ጃፓን ቶዮ ካርቦን፣ ዩናይትድ ስቴትስ ኤምኢኤምሲ እና ሌሎች ኩባንያዎች በመሠረቱ ዓለም አቀፍ ገበያውን የሚቆጣጠሩ ናቸው። ቻይና በግራፊት ማትሪክስ ወለል ላይ የሲሲ ሽፋን ወጥ የሆነ እድገት ቁልፍ የሆነውን ቁልፍ ቴክኖሎጂ ብትሰብርም፣ ከፍተኛ ጥራት ያለው የግራፋይት ማትሪክስ አሁንም በጀርመን ኤስጂኤል፣ በጃፓን ቶዮ ካርቦን እና በሌሎች ድርጅቶች ላይ የተመሰረተ ቢሆንም፣ በአገር ውስጥ ኢንተርፕራይዞች የሚቀርበው የግራፋይት ማትሪክስ በሙቀት ማስተላለፊያ፣ በመለጠጥ ሞዱለስ፣ በጠንካራ ሞዱለስ፣ በፍርግርግ ጉድለቶች እና በሌሎች የጥራት ችግሮች ምክንያት የአገልግሎት ዘመኑን ይነካል። የMOCVD መሳሪያዎች የሲሲ ሽፋን ያለው የግራፋይት መሠረት አጠቃቀም መስፈርቶችን ማሟላት አይችሉም።

የቻይና ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ በፍጥነት እያደገ ሲሆን፣ የMOCVD ኤፒታክሲያል መሳሪያዎች የአካባቢያዊነት መጠን ቀስ በቀስ እየጨመረ በመምጣቱ እና ሌሎች የሂደት አፕሊኬሽኖች መስፋፋት፣ የወደፊቱ የሲሲ ሽፋን ያለው የግራፋይት ቤዝ ምርት ገበያ በፍጥነት እንደሚያድግ ይጠበቃል። በቅድመ የኢንዱስትሪ ግምቶች መሠረት፣ የሀገር ውስጥ የግራፋይት ቤዝ ገበያ በሚቀጥሉት ጥቂት ዓመታት ውስጥ ከ500 ሚሊዮን ዩዋን ይበልጣል።

የሲሲ ሽፋን ያለው ግራፋይት ቤዝ የውህድ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪያልላይዜሽን መሳሪያዎች ዋና አካል ሲሆን፣ የምርት እና የማኑፋክቸሪንግ ቁልፍ ቴክኖሎጂን በመቆጣጠር እና የጥሬ እቃ-ሂደት-መሳሪያዎች የኢንዱስትሪ ሰንሰለት አካባቢያዊነትን በመገንዘብ የቻይና ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ እድገትን ለማረጋገጥ ትልቅ ስትራቴጂካዊ ጠቀሜታ አለው። የሀገር ውስጥ ሲሲ ሽፋን ያለው ግራፋይት ቤዝ መስክ እያደገ ነው፣ እና የምርት ጥራት በቅርቡ ወደ ዓለም አቀፍ የላቀ ደረጃ ሊደርስ ይችላል።