Epitaksial təbəqə, epitaksial proses vasitəsilə lövhə substratında yetişdirilən spesifik tək kristallı nazik təbəqədir; substrat lövhəsi və epitaksial təbəqə birlikdə epitaksial lövhə adlanır. Bunların arasında, keçirici silikon karbid substratında silikon karbid epitaksial təbəqəsinin yetişdirilməsi homogen silikon karbid epitaksial lövhəsi əmələ gətirir ki, bu da daha sonra Şottki diodları, MOSFET-lər və IGBT-lər kimi güc cihazlarına çevrilə bilər. Ən çox istifadə edilən substrat növü 4H-SiC substratıdır.
Demək olar ki, bütün cihazlar epitaksial təbəqələr üzərində istehsal olunduğundan, epitaksial təbəqənin keyfiyyəti cihazın işinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Bununla belə, epitaksial təbəqənin keyfiyyətinə kristal və substrat emalı təsir göstərir və bu da onu sənayedə kritik bir mərhələyə qoyur və onun inkişafında əsas rol oynayır.
Silisium karbid epitaksial təbəqələrinin hazırlanmasının əsas üsullarına aşağıdakılar daxildir: buxar çöküntüsü; maye fazalı epitaksiya (LPE); molekulyar şüa epitaksiyası (MBE); və kimyəvi buxar çöküntüsü (CVD). Bunlar arasında kimyəvi buxar çöküntüsü (CVD) 4H-SiC homogen epitaksiya üçün ən çox istifadə edilən üsuldur. 4H-SiC CVD epitaksiyası adətən yüksək böyümə temperaturlarında 4H-SiC kristal strukturunun davamlılığını təmin edən CVD avadanlıqlarından istifadə edir.
CVD avadanlıqlarında, substrat birbaşa metal səthə və ya sadəcə epitaksial çöküntü üçün əsasa yerləşdirilə bilməz, çünki bu, qaz axınının istiqaməti (üfüqi, şaquli), temperatur, təzyiq, fiksasiya və tökülən hissəciklərdən çirklənmə kimi müxtəlif təsiredici amilləri əhatə edir. Buna görə də, dayaq bazası tələb olunur; substrat bir qaba yerləşdirilir və daha sonra CVD texnologiyasından istifadə edərək substrat üzərində epitaksial çöküntü aparılır. Bu dayaq bazası SiC ilə örtülmüş qrafit əsasdır.
Əsas komponent kimi, qrafit substratı yüksək xüsusi möhkəmliyə və xüsusi modula, eləcə də yaxşı istilik şoku və korroziyaya davamlılığa malikdir. Lakin, istehsal zamanı qrafit korroziyaya uğrayan qazlar və qalıq üzvi metal birləşmələr səbəbindən korroziyaya və toz tökülməsinə məruz qalır və bu da substratın xidmət müddətini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Eyni zamanda, tökülmüş qrafit tozu qırıntıları çirkləndirə bilər. Silisium karbid epitaksial lövhələrinin istehsalında qrafit materiallarına olan getdikcə daha sərt tələbləri ödəmək getdikcə çətinləşir və bu da onların inkişafını və praktik tətbiqini ciddi şəkildə məhdudlaşdırır. Nəticə etibarilə,örtük texnologiyasıbir həll yolu kimi ortaya çıxmışdır.
Yarımkeçiricilər Sənayesində SiC örtüklərinin üstünlükləri
Örtüklərin fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri yüksək temperatur və korroziyaya davamlılıq üçün ciddi tələblərə cavab verməlidir, çünki bunlar məhsulun məhsuldarlığına və ömrünə birbaşa təsir göstərir. SiC materialı yüksək möhkəmliyə, yüksək sərtliyə, aşağı istilik genişlənmə əmsalına və əla istilik keçiriciliyinə malikdir, bu da onu vacib yüksək temperaturlu struktur və yarımkeçirici material halına gətirir. Qrafit substratlarına tətbiq edildikdə, onun üstünlükləri aşağıdakılardır:
1) SiC korroziyaya davamlıdır və qrafit substratını tam şəkildə əhatə edə bilər. Yüksək sıxlığı korroziyalı qazların zərər verməsinin qarşısını alır.
2) SiC yüksək istilik keçiriciliyinə və qrafit substratla güclü bağlanma gücünə malikdir, bu da təkrarlanan yüksək-aşağı temperatur dövrlərindən sonra belə örtüyün bütöv qalmasını təmin edir.
3) SiC yüksək temperaturlu, korroziyalı atmosferlərdə örtükün dağılmasının qarşısını alan əla kimyəvi stabilliyə malikdir.
Bundan əlavə, müxtəlif materiallardan hazırlanmış epitaksial sobalar xüsusi performans xüsusiyyətlərinə malik qrafit qablar tələb edir. Qrafit materialının istilik genişlənmə əmsalı epitaksial sobanın böyümə temperaturu ilə uyğun olmalıdır. Məsələn, silikon karbid epitaksi üçün böyümə temperaturu yüksək olduğundan, yüksək dərəcədə istilik genişlənmə əmsalı uyğunluğuna malik qablar tələb olunur. SiC-nin istilik genişlənmə əmsalı qrafitdən çox az fərqlənir və bu da onu qrafit substratlarının səthini örtmək üçün üstünlük verilən material halına gətirir.
SiC bir neçə kristal formasında mövcuddur və hazırda ən çox yayılmışları 3C, 4H və 6H növləridir və hər biri fərqli tətbiqlərə xidmət edir. Məsələn, 4H-SiC yüksək güclü cihazların istehsalı üçün istifadə olunur; 6H-SiC ən sabitdir və optoelektron cihazların istehsalı üçün istifadə olunur; və 3C-SiC, GaN ilə struktur oxşarlığına görə, SiC-GaN RF cihazlarının istehsalı üçün GaN epitaksial təbəqələrinin istehsalı üçün istifadə olunur. 3C-SiC həmçinin ümumiyyətlə β-SiC adlanır. β-SiC-nin əsas tətbiq sahəsi nazik təbəqə və örtük materialı kimidir; nəticədə, β-SiC hazırda örtüklər üçün istifadə olunan əsas materialdır.
Yarımkeçirici istehsalında ümumi istehlak materialı kimi, SiC örtükləri əsasən substratın hazırlanması, epitaksiya, oksidləşmə və diffuziya, aşındırma və ion implantasiyası kimi proseslərdə istifadə olunur. Örtüyün fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri yüksək temperatur müqavimətinə və korroziyaya davamlılığa dair ciddi tələblərə cavab verməlidir, çünki bunlar məhsulun məhsuldarlığına və ömrünə birbaşa təsir göstərir. Nəticə etibarilə, SiC örtüklərinin hazırlanması çox vacibdir.
Silikon Karbid Örtüklərinin Hazırlanması Prosesi
Hal-hazırda, SiC örtüklərinin hazırlanmasının əsas üsullarına sol-gel metodu, yerləşdirmə metodu, fırça ilə örtükləmə, plazma püskürtmə, kimyəvi buxar reaksiyası (CVR) və kimyəvi buxar çöküntüsü (CVD) daxildir.
Yerləşdirmə Metodu
Bu üsul yüksək temperaturlu bərk hal sinterləmə növüdür. Əsasən silikon (Si) tozu və karbon (C) tozunun qarışığından yapışdırıcı toz kimi istifadə olunur. Qrafit substratı yapışdırıcı tozun içinə yerləşdirilir və inert qaz atmosferində yüksək temperaturda sinterlənir və nəticədə qrafit substratının səthində SiC örtüyü əmələ gətirir. Bu üsul sadə bir prosesə və örtüklə substrat arasında yaxşı yapışmaya malikdir; lakin örtük qalınlıq istiqamətində zəif vahidlik nümayiş etdirir və çoxsaylı məsamələrin əmələ gəlməsinə meyllidir ki, bu da oksidləşməyə zəif müqavimət göstərir.
Fırça ilə örtükləmə üsulu
Fırça ilə örtmə üsulu əsasən maye xammalın qrafit substratının səthinə tətbiq edilməsini, ardınca isə örtüyü əmələ gətirmək üçün materialın müəyyən bir temperaturda bərkidilməsini əhatə edir. Bu üsul sadə və qənaətcildir; lakin nəticədə yaranan örtük substrata zəif yapışma, zəif vahidlik nümayiş etdirir və nisbətən nazik, aşağı oksidləşmə müqavimətinə malikdir, bu da əlavə metodların istifadəsini tələb edir.
Plazma Çiləmə Metodu
Plazma püskürtmə üsulu, əridilmiş və ya yarı əridilmiş xammalın qrafit substratının səthinə püskürdülməsi üçün plazma tabancasından istifadə etməyi əhatə edir, sonra isə bərkiyir və örtük əmələ gətirmək üçün birləşir. Bu üsulun istifadəsi sadədir və nisbətən sıx silikon karbid örtükləri istehsal edə bilər; lakin, nəticədə yaranan örtüklər çox vaxt çox nazik olur və bu da zəif oksidləşmə müqavimətinə səbəb olur. Buna görə də, örtük keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün ümumiyyətlə SiC kompozit örtüklərinin hazırlanmasında istifadə olunur.
Gel-Sol Metodu
Gel-sol metodu əsasən substrat səthini örtmək üçün vahid, şəffaf bir sol məhlulunun hazırlanmasını əhatə edir. Bir jelə quruduqdan sonra material örtük əmələ gətirmək üçün sinterlənir. Bu üsulun istifadəsi sadədir və nisbətən ucuzdur; lakin nəticədə yaranan örtüklər aşağı istilik zərbəsinə davamlılıq və çatlamağa meyllilik kimi çatışmazlıqlardan əziyyət çəkir ki, bu da onların geniş tətbiqini məhdudlaşdırır.
Kimyəvi Buxar Reaksiyası (KBuxar Reaksiyası) Metodu
CVR, əsasən, yüksək temperaturda SiO₂ buxarı yaratmaq üçün Si və SiO₂ tozlarından istifadə edir və SiC örtüyü yaratmaq üçün Si substratının səthində bir sıra kimyəvi reaksiyalara səbəb olur. Bu üsulla istehsal olunan SiC örtüyü substrata möhkəm yapışır; lakin reaksiya temperaturu yüksəkdir və dəyəri də nisbətən yüksəkdir.
Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (KÇÇ)
CVD hazırda substrat səthlərində SiC örtüklərinin hazırlanması üçün əsas texnologiyadır. Əsas proses qaz halındakı reaktivlər və substrat səthi arasında bir sıra fiziki-kimyəvi reaksiyaları əhatə edir və nəticədə SiC örtüyünün çökməsi ilə nəticələnir. CVD texnologiyası ilə istehsal olunan SiC örtükləri substrat səthinə möhkəm yapışır və substrat materialının oksidləşmə müqavimətini və ablasiya müqavimətini effektiv şəkildə artıra bilər; lakin bu üsul nisbətən uzun çökmə müddəti tələb edir və reaksiya qazları müəyyən zəhərli komponentlər ehtiva edir.
SiC örtüklərindəki trendlər
SiC örtükləri əsasən yarımkeçirici istehsalında istehlak materialları kimi istifadə olunur və əsas göstəricilərə örtük vahidliyi, istilik genişlənmə əmsalı və istilik keçiriciliyi daxildir. Çində SiC örtüklərinə əhəmiyyətli dərəcədə daxili tələbat olsa da, texnologiya hələ də inkişaf etməyib. Xaricdə bu sahədə yalnız bir ABŞ şirkəti fəaliyyət göstərir və onun məhsulları nisbətən bahadır.
Kristal qayıqlarbazar həcmi az olsa da, SiC ilə örtülmüş qrafiti əvəz edə bilən epitaksial istehsalda istifadə olunan istehlak materiallarıdır. Növbəti yerdə çılpaq qrafit və ya SiC ilə örtülmüş qrafitdən daha yaxşı kimyəvi korroziyaya davamlılıq təklif edən TaC ilə örtülmüş qrafitdir, lakin o, olduqca bahadır və hələ də inkişafın ilk mərhələlərindədir. Hal-hazırda, kimi yerli şirkətlərLiufang yarımkeçirici, SemiceravəVetek Yarımkeçiricibu sahədə tədqiqat və inkişaf işləri ilə məşğuldurlar.
Yayımlanma vaxtı: 20 may 2026