أجزاء أشباه الموصلات - قاعدة جرافيت مطلية بـ SiC

تُستخدم قواعد الجرافيت المطلية بـ SiC بشكل شائع لدعم وتسخين ركائز البلورات المفردة في أجهزة الترسيب الكيميائي للبخار المعدني العضوي (MOCVD). ويلعب الاستقرار الحراري والتجانس الحراري، بالإضافة إلى معايير الأداء الأخرى لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC، دورًا حاسمًا في جودة نمو المواد الفوقية، لذا فهي تُعدّ المكون الرئيسي لمعدات MOCVD.

في عملية تصنيع الرقاقات، تُبنى طبقات فوقية على بعض ركائز الرقاقات لتسهيل تصنيع الأجهزة. تتطلب أجهزة إضاءة LED النموذجية تحضير طبقات فوقية من زرنيخيد الغاليوم على ركائز السيليكون؛ تُزرع طبقة فوقية من كربيد السيليكون على ركيزة موصلة من كربيد السيليكون لتصنيع أجهزة مثل SBD وMOSFET وغيرها، لتطبيقات الجهد العالي والتيار العالي وغيرها من تطبيقات الطاقة؛ تُبنى طبقة فوقية من نتروجين الغاليوم على ركيزة كربيد السيليكون شبه المعزولة لتصنيع أجهزة HEMT وغيرها من الأجهزة لتطبيقات الترددات الراديوية مثل الاتصالات. هذه العملية لا تنفصل عن معدات الترسيب الكيميائي البخاري.

في أجهزة الترسيب الكيميائي للبخار، لا يُمكن وضع الركيزة مباشرةً على المعدن أو وضعها ببساطة على قاعدة للترسيب الطبقي، لأن ذلك يتطلب تدفق الغاز (أفقيًا، رأسيًا)، ودرجة الحرارة، والضغط، والتثبيت، وطرح الملوثات، وغيرها من عوامل التأثير. لذلك، من الضروري استخدام قاعدة، ثم وضع الركيزة على القرص، ثم استخدام تقنية الترسيب الكيميائي للبخار للترسيب الطبقي على الركيزة، وهي قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC (المعروفة أيضًا باسم الصينية).

تُستخدم قواعد الجرافيت المطلية بـ SiC بشكل شائع لدعم وتسخين ركائز البلورات المفردة في أجهزة الترسيب الكيميائي للبخار المعدني العضوي (MOCVD). ويلعب الاستقرار الحراري والتجانس الحراري، بالإضافة إلى معايير الأداء الأخرى لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC، دورًا حاسمًا في جودة نمو المواد الفوقية، لذا فهي تُعدّ المكون الرئيسي لمعدات MOCVD.

الترسيب الكيميائي للبخار المعدني العضوي (MOCVD) هو التقنية السائدة للنمو الطبقي لأغشية GaN في مصابيح LED الزرقاء. يتميز هذا الترسيب بسهولة التشغيل، ومعدل نمو يمكن التحكم فيه، ونقاء أغشية GaN عالي. وباعتباره مكونًا أساسيًا في غرفة تفاعل معدات MOCVD، يجب أن تتمتع قاعدة المحمل المستخدمة في النمو الطبقي لأغشية GaN بمزايا مقاومة درجات الحرارة العالية، والتوصيل الحراري المنتظم، والثبات الكيميائي الجيد، ومقاومة الصدمات الحرارية القوية، وغيرها. ويمكن لمادة الجرافيت أن تلبي الشروط المذكورة أعلاه.

باعتبارها واحدة من المكونات الأساسية لمعدات MOCVD، فإن قاعدة الجرافيت هي الناقل وجسم التسخين للركيزة، والتي تحدد بشكل مباشر اتساق ونقاء مادة الفيلم، وبالتالي فإن جودتها تؤثر بشكل مباشر على تحضير الورقة الطلائية، وفي الوقت نفسه، مع زيادة عدد الاستخدامات وتغيير ظروف العمل، من السهل جدًا ارتداؤها، وهي تنتمي إلى المواد الاستهلاكية.

على الرغم من أن الجرافيت يتميز بموصلية حرارية ممتازة وثبات ممتاز، إلا أنه يتميز بميزة جيدة كمكون أساسي في معدات MOCVD، إلا أنه أثناء عملية الإنتاج، قد يتسبب الجرافيت في تآكل المسحوق بسبب بقايا الغازات المسببة للتآكل والمواد العضوية المعدنية، مما يقلل بشكل كبير من عمر خدمة قاعدة الجرافيت. في الوقت نفسه، قد يتسبب تساقط مسحوق الجرافيت في تلوث الرقاقة.

مع ظهور تكنولوجيا الطلاء، أصبح تثبيت مسحوق السطح، وتعزيز التوصيل الحراري، وتوزيع الحرارة بالتساوي، التقنية الرئيسية لحل هذه المشكلة. في بيئة استخدام معدات MOCVD، يجب أن يلبي طلاء السطح بقاعدة الجرافيت الخصائص التالية:

(1) يمكن لف قاعدة الجرافيت بالكامل، وتكون الكثافة جيدة، وإلا فإن قاعدة الجرافيت من السهل أن تتآكل في الغاز المسبب للتآكل.

(2) قوة الجمع مع قاعدة الجرافيت عالية لضمان عدم سقوط الطلاء بسهولة بعد عدة دورات من درجات الحرارة العالية والمنخفضة.

(3) يتمتع بثبات كيميائي جيد لتجنب فشل الطلاء في درجات الحرارة العالية والأجواء المسببة للتآكل.

يتميز كربيد السيليكون (SiC) بمقاومة التآكل، والتوصيل الحراري العالي، ومقاومة الصدمات الحرارية، والاستقرار الكيميائي العالي، ويمكنه العمل بكفاءة في أجواء GaN الفوقية. بالإضافة إلى ذلك، يختلف معامل التمدد الحراري لكربيد السيليكون اختلافًا طفيفًا عن معامل الجرافيت، لذا يُعد كربيد السيليكون المادة المفضلة لطلاء أسطح قواعد الجرافيت.

حاليًا، يُستخدم كربيد السيليكون (SiC) بشكل رئيسي في أنواع 3C و4H و6H، وتختلف استخدامات أنواع البلورات المختلفة له. على سبيل المثال، يُستخدم كربيد السيليكون (SiC-4H) في تصنيع الأجهزة عالية الطاقة؛ بينما يُعد كربيد السيليكون (SiC-6H) الأكثر استقرارًا، ويمكن استخدامه في تصنيع الأجهزة الكهروضوئية؛ ونظرًا لتشابه تركيبه مع نيتريد الغاليوم (GaN)، يُمكن استخدام كربيد السيليكون (SiC-3C) في إنتاج طبقة نيتريد الغاليوم (GaN) الفوقية، وفي تصنيع أجهزة الترددات الراديوية (RF) من كربيد السيليكون (SiC-3C). يُعرف كربيد السيليكون (SiC-3C) أيضًا باسم β-SiC، ومن أهم استخداماته كأغشية ومواد طلاء، لذا يُعد كربيد السيليكون (SiC-β) المادة الرئيسية للطلاء حاليًا.