Эпітаксіяльны пласт — гэта спецыфічная тонкая монакрышталічная плёнка, вырашчаная на падкладцы з пласціны з дапамогай эпітаксіяльнага працэсу; падкладка і эпітаксіяльная плёнка сумесна называюцца эпітаксіяльнай пласцінай. Сярод іх вырошчванне эпітаксіяльнага пласта карбіду крэмнію на праводнай падкладцы з карбіду крэмнію стварае аднародную эпітаксіяльную пласціну з карбіду крэмнію, якая можа быць далей выраблена ў сілавых прыладах, такіх як дыёды Шоткі, MOSFET і IGBT. Найбольш шырока выкарыстоўваным тыпам падкладкі з'яўляецца падкладка 4H-SiC.
Паколькі практычна ўсе прылады вырабляюцца на эпітаксіяльных пластах, якасць эпітаксіяльнага пласта аказвае значны ўплыў на прадукцыйнасць прылады. Аднак на якасць эпітаксіяльнага пласта ўплывае апрацоўка крышталя і падложкі, што ставіць яго на крытычны этап у галіне і адыгрывае ключавую ролю ў яе развіцці.
Асноўныя метады падрыхтоўкі эпітаксіяльных слаёў карбіду крэмнію ўключаюць: асаджэнне з паравой фазы; вадкафазную эпітаксію (ВФЭ); малекулярна-прамянёвую эпітаксію (МПЭ); і хімічнае асаджэнне з паравой фазы (ХАФФ). Сярод іх хімічнае асаджэнне з паравой фазы (ХАФФ) з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным метадам для аднароднай эпітаксіі 4H-SiC. ХАФФ-эпітаксія 4H-SiC звычайна выкарыстоўвае абсталяванне ХАФФ, якое забяспечвае бесперапыннасць крышталічнай структуры 4H-SiC пры высокіх тэмпературах росту.
У абсталяванні CVD падкладку нельга размяшчаць непасрэдна на металічнай паверхні або проста на аснове для эпітаксіяльнага нанясення, бо гэта ўключае ў сябе розныя фактары ўплыву, такія як кірунак патоку газу (гарызантальны, вертыкальны), тэмпература, ціск, фіксацыя і забруджванне ад часціц, якія адвальваюцца. Такім чынам, патрабуецца апорная аснова; падкладку размяшчаюць на латке, і затым на падкладцы выконваецца эпітаксіяльнае нанясенне з выкарыстаннем тэхналогіі CVD. Гэтая апорная аснова ўяўляе сабой графітавую аснову з пакрыццём SiC.
Графітавая падкладка, як асноўны кампанент, мае высокую ўдзельную трываласць і ўдзельны модуль пругкасці, а таксама добрую ўстойлівасць да цеплавых удараў і карозіі. Аднак падчас вытворчасці графіт схільны да карозіі і адслойвання парашка з-за агрэсіўных газаў і рэшткавых арганаметалічных злучэнняў, што значна скарачае тэрмін службы падкладкі. У той жа час адслойваны графітавы парашок можа забруджваць чыпсы. Пры вытворчасці эпітаксіяльных пласцін з карбіду крэмнію становіцца ўсё цяжэй задавальняць усё больш строгія патрабаванні да графітавых матэрыялаў, што значна абмяжоўвае іх распрацоўку і практычнае прымяненне. Такім чынам,тэхналогія пакрыццяз'явілася як рашэнне.
Перавагі пакрыццяў SiC у паўправадніковай прамысловасці
Фізічныя і хімічныя ўласцівасці пакрыццяў павінны адпавядаць строгім патрабаванням да ўстойлівасці да высокіх тэмператур і карозіі, бо гэта непасрэдна ўплывае на выхад прадукцыі і тэрмін яе службы. Матэрыял SiC валодае высокай трываласцю, высокай цвёрдасцю, нізкім каэфіцыентам цеплавога пашырэння і выдатнай цеплаправоднасцю, што робіць яго найважнейшым высокатэмпературным канструкцыйным і паўправадніковым матэрыялам. Пры нанясенні на графітавыя падкладкі яго перавагі ўключаюць:
1) Карбід крэмнію (SiC) устойлівы да карозіі і можа цалкам пакрываць графітавую падкладку. Яго высокая шчыльнасць прадухіляе пашкоджанні ад агрэсіўных газаў.
2) Карбід крэмнію (SiC) мае высокую цеплаправоднасць і моцную счапленне з графітавай падкладкай, што гарантуе захаванне целасці пакрыцця нават пасля паўторных цыклаў змены тэмпературы.
3) Карбід крэмнію валодае выдатнай хімічнай стабільнасцю, што прадухіляе разбурэнне пакрыцця ў высокатэмпературных, агрэсіўных асяроддзях.
Акрамя таго, эпітаксіяльныя печы, вырабленыя з розных матэрыялаў, патрабуюць графітавых латкоў са спецыфічнымі характарыстыкамі. Каэфіцыент цеплавога пашырэння графітавага матэрыялу павінен быць сумяшчальны з тэмпературай росту эпітаксіяльнай печы. Напрыклад, паколькі тэмпература росту для эпітаксіяльнага нагрэву карбіду крэмнію высокая, патрабуюцца латкі з высокай ступенню адпаведнасці каэфіцыента цеплавога пашырэння. Каэфіцыент цеплавога пашырэння SiC вельмі мала адрозніваецца ад каэфіцыента графіту, што робіць яго пераважным матэрыялам для пакрыцця паверхні графітавых падкладак.
SiC існуе ў розных крышталічных формах, найбольш распаўсюджанымі ў цяперашні час з'яўляюцца тыпы 3C, 4H і 6H, кожная з якіх мае розныя прымяненні. Напрыклад, 4H-SiC выкарыстоўваецца для вырабу магутных прылад; 6H-SiC з'яўляецца найбольш стабільным і выкарыстоўваецца для вырабу оптаэлектронных прылад; а 3C-SiC, дзякуючы сваёй структурнай падабенстве з GaN, выкарыстоўваецца для атрымання эпітаксіяльных слаёў GaN для вырабу радыёчастотных прылад SiC-GaN. 3C-SiC таксама звычайна называюць β-SiC. Ключавым прымяненнем β-SiC з'яўляецца выкарыстанне ў якасці тонкаплёнкавага і пакрывальнага матэрыялу; такім чынам, β-SiC у цяперашні час з'яўляецца асноўным матэрыялам, які выкарыстоўваецца для пакрыццяў.
Як распаўсюджаны расходны матэрыял у вытворчасці паўправаднікоў, пакрыцці з карбіду крэмнію ў асноўным выкарыстоўваюцца ў такіх працэсах, як падрыхтоўка падкладкі, эпітаксія, акісленне і дыфузія, травленне і іённая імплантацыя. Фізічныя і хімічныя ўласцівасці пакрыцця павінны адпавядаць строгім патрабаванням да ўстойлівасці да высокіх тэмператур і карозіі, паколькі яны непасрэдна ўплываюць на выхад прадукцыі і тэрмін яе службы. Такім чынам, падрыхтоўка пакрыццяў з карбіду крэмнію мае вырашальнае значэнне.
Працэс падрыхтоўкі пакрыццяў з карбіду крэмнію
У цяперашні час асноўнымі метадамі атрымання пакрыццяў з карбіду крэмнію з'яўляюцца золь-гель метад, метад залівання, нанясенне пэндзлем, плазменнае напыленне, хімічная рэакцыя з паравой фазы (CVR) і хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD).
Метад убудавання
Гэты метад з'яўляецца тыпам высокатэмпературнага спякання ў цвёрдым стане. У якасці запаўняльнага парашка ў асноўным выкарыстоўваецца сумесь парашка крэмнію (Si) і парашка вугляроду (C). Графітавая падкладка змяшчаецца ўнутр запаўняльнага парашка і спякаецца пры высокіх тэмпературах у атмасферы інэртнага газу, у выніку чаго на паверхні графітавай падкладкі ўтвараецца пакрыццё з карбіду крэмнію. Гэты метад адрозніваецца простым працэсам і добрай адгезіяй паміж пакрыццём і падкладкай; аднак пакрыццё мае дрэнную аднастайнасць па таўшчыні і схільнае да ўтварэння шматлікіх пор, што прыводзіць да нізкай устойлівасці да акіслення.
Метад нанясення пэндзлем
Метад нанясення пакрыцця пэндзлем у асноўным прадугледжвае нанясенне вадкай сыравіны на паверхню графітавай падкладкі, а затым зацвярдзенне матэрыялу пры пэўнай тэмпературы для ўтварэння пакрыцця. Гэты метад просты і эканамічна эфектыўны; аднак атрыманае пакрыццё мае слабую адгезію да падкладкі, дрэнную аднастайнасць і адносна тонкае з нізкай устойлівасцю да акіслення, што патрабуе дадатковых метадаў.
Метад плазменнага напылення
Метад плазменнага напылення прадугледжвае выкарыстанне плазменнай гарматы для распылення расплаўленага або напаўрасплаўленага сыравіны на паверхню графітавай падкладкі, якая затым застывае і злучаецца, утвараючы пакрыццё. Гэты метад просты ў выкарыстанні і дазваляе атрымліваць адносна шчыльныя пакрыцці з карбіду крэмнію; аднак атрыманыя пакрыцці часта занадта тонкія, што прыводзіць да нізкай устойлівасці да акіслення. Таму ён звычайна выкарыстоўваецца пры падрыхтоўцы кампазітных пакрыццяў з карбіду крэмнію для паляпшэння якасці пакрыцця.
Метад гель-золь
Гель-зольны метад у першую чаргу прадугледжвае падрыхтоўку аднастайнага празрыстага зольнага раствора для пакрыцця паверхні падкладкі. Пасля высыхання да стану геля матэрыял спякаецца для ўтварэння пакрыцця. Гэты метад просты ў выкарыстанні і адносна недарагі; аднак атрыманыя пакрыцці маюць недахопы, такія як нізкая ўстойлівасць да тэрмічных удараў і схільнасць да расколін, што абмяжоўвае іх шырокае прымяненне.
Метад хімічнай рэакцыі з парай (CVR)
У CVR у асноўным выкарыстоўваюцца парашкі Si і SiO₂ для атрымання пароў SiO₂ пры высокіх тэмпературах, што запускае серыю хімічных рэакцый на паверхні крэмніевай падложкі з утварэннем пакрыцця з карбіду крэмнію. Пакрыццё з карбіду крэмнію, атрыманае гэтым метадам, шчыльна злучаецца з падложкай; аднак тэмпература рэакцыі высокая, і кошт таксама адносна высокі.
Хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD)
CVD у цяперашні час з'яўляецца асноўнай тэхналогіяй падрыхтоўкі пакрыццяў з карбіду крэмнію (SIC) на паверхнях падкладак. Асноўны працэс уключае серыю фізіка-хімічных рэакцый паміж газападобнымі рэагентамі і паверхняй падкладкі, што ў канчатковым выніку прыводзіць да нанясення пакрыцця з карбіду крэмнію. Пакрыцці з карбіду крэмнію, атрыманыя з дапамогай тэхналогіі CVD, шчыльна злучаюцца з паверхняй падкладкі і могуць эфектыўна палепшыць устойлівасць матэрыялу падкладкі да акіслення і абляцыі; аднак гэты метад патрабуе адносна працяглага часу нанясення, а рэакцыйныя газы ўтрымліваюць пэўныя таксічныя кампаненты.
Тэндэнцыі ў пакрыццях з карбіду крэмнію
Пакрыцці з карбіду крэмнію ў асноўным выкарыстоўваюцца ў якасці расходных матэрыялаў у вытворчасці паўправаднікоў, прычым ключавымі паказчыкамі эфектыўнасці з'яўляюцца аднастайнасць пакрыцця, каэфіцыент цеплавога пашырэння і цеплаправоднасць. Нягледзячы на значны ўнутраны попыт на пакрыцці з карбіду крэмнію ў Кітаі, гэтая тэхналогія застаецца неразвітай. За мяжой у гэтай галіне працуе толькі адна амерыканская кампанія, і яе прадукцыя адносна дарагая.
Крыштальныя лодкі— гэта расходныя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца ў эпітаксіяльнай вытворчасці і могуць замяніць графіт з пакрыццём SiC, хоць аб'ём рынку невялікі. Далей ідзе графіт з пакрыццём TaC, які мае лепшую хімічную каразійную ўстойлівасць, чым чысты графіт або графіт з пакрыццём SiC, але ён занадта дарагі і ўсё яшчэ знаходзіцца на ранніх стадыях распрацоўкі. У цяперашні час айчынныя кампаніі, такія якПаўправаднік Liufang, СеміцэраіVetek Semiconductorзаймаюцца даследаваннямі і распрацоўкамі ў гэтай галіне.
Час публікацыі: 20 мая 2026 г.