Графитните основи със SiC покритие често се използват за поддържане и нагряване на монокристални субстрати в оборудване за металоорганично химическо отлагане от пари (MOCVD). Термичната стабилност, термичната еднородност и други параметри на производителността на графитната основа със SiC покритие играят решаваща роля за качеството на епитаксиалния растеж на материала, така че тя е основният ключов компонент на MOCVD оборудването.
В процеса на производство на пластини, епитаксиалните слоеве се конструират допълнително върху някои пластинкови подложки, за да се улесни производството на устройства. Типичните LED устройства, излъчващи светлина, изискват подготовка на епитаксиални слоеве от GaAs върху силициеви подложки; епитаксиалният слой SiC се отглежда върху проводимата SiC подложка за изграждане на устройства като SBD, MOSFET и др., за високо напрежение, висок ток и други енергийни приложения; епитаксиалният слой GaN се конструира върху полуизолирана SiC подложка за допълнително конструиране на HEMT и други устройства за RF приложения, като например комуникации. Този процес е неразделен от CVD оборудването.
В CVD оборудването, субстратът не може да бъде поставен директно върху метала или просто върху основа за епитаксиално отлагане, тъй като това включва газов поток (хоризонтален, вертикален), температура, налягане, фиксиране, отделяне на замърсители и други аспекти на влияещите фактори. Следователно е необходима основа, след което субстратът се поставя върху диска и след това се извършва епитаксиално отлагане върху субстрата, използвайки CVD технология, като тази основа е графитна основа, покрита със SiC (известна още като тава).
Графитните основи със SiC покритие често се използват за поддържане и нагряване на монокристални субстрати в оборудване за металоорганично химическо отлагане от пари (MOCVD). Термичната стабилност, термичната еднородност и други параметри на производителността на графитната основа със SiC покритие играят решаваща роля за качеството на епитаксиалния растеж на материала, така че тя е основният ключов компонент на MOCVD оборудването.
Металоорганичното химическо отлагане от пари (MOCVD) е основната технология за епитаксиален растеж на GaN филми в син светодиод. Тя има предимствата на проста работа, контролируема скорост на растеж и висока чистота на GaN филмите. Като важен компонент в реакционната камера на MOCVD оборудването, носещата основа, използвана за епитаксиален растеж на GaN филм, трябва да има предимствата на висока температурна устойчивост, равномерна топлопроводимост, добра химическа стабилност, силна устойчивост на термичен удар и др. Графитният материал може да отговаря на горните условия.
Като един от основните компоненти на MOCVD оборудването, графитната основа е носещото и нагревателно тяло на субстрата, което пряко определя еднородността и чистотата на филмовия материал, така че качеството ѝ влияе пряко върху подготовката на епитаксиалния лист и в същото време, с увеличаването на броя на употребите и промяната на условията на работа, тя е много лесна за износване, принадлежаща към консумативите.
Въпреки че графитът има отлична топлопроводимост и стабилност, той е добро предимство като основен компонент на MOCVD оборудване, но в производствения процес графитът ще корозира праха поради остатъците от корозивни газове и метални органични вещества, което значително ще намали експлоатационния живот на графитната основа. В същото време, падащият графитен прах ще замърси чипа.
Появата на технологията за нанасяне на покрития може да осигури фиксиране на повърхностния прах, да подобри топлопроводимостта и да изравни разпределението на топлината, което се превърна в основна технология за решаване на този проблем. Графитната основа в средата, в която се използва MOCVD оборудване, повърхностното покритие с графитна основа трябва да отговаря на следните характеристики:
(1) Графитната основа може да бъде напълно обвита и плътността е добра, в противен случай графитната основа лесно корозира в корозивния газ.
(2) Комбинираната здравина с графитната основа е висока, за да се гарантира, че покритието не пада лесно след няколко цикли на висока и ниска температура.
(3) Има добра химическа стабилност, за да се избегне повреда на покритието при висока температура и корозивна атмосфера.
SiC има предимствата на устойчивост на корозия, висока топлопроводимост, устойчивост на термичен удар и висока химическа стабилност и може да работи добре в GaN епитаксиална атмосфера. Освен това, коефициентът на термично разширение на SiC се различава много малко от този на графита, така че SiC е предпочитаният материал за повърхностно покритие на графитна основа.
В момента, разпространеният SiC е главно от тип 3C, 4H и 6H, а употребата на SiC от различните видове кристали е различна. Например, 4H-SiC може да се използва за производство на устройства с висока мощност; 6H-SiC е най-стабилният и може да се използва за производство на фотоелектрически устройства; поради сходната си структура с GaN, 3C-SiC може да се използва за производство на GaN епитаксиален слой и за производство на SiC-GaN RF устройства. 3C-SiC е известен още като β-SiC, а важно приложение на β-SiC е като филмов и покривен материал, така че β-SiC в момента е основният материал за покрития.
Метод за приготвяне на силициево-карбидно покритие
Понастоящем методите за приготвяне на SiC покрития включват главно гел-зол метод, метод на вграждане, метод на нанасяне с четка, метод на плазмено пръскане, метод на химическа газова реакция (CVR) и метод на химическо отлагане от пари (CVD).
Метод на вграждане:
Методът е вид високотемпературно твърдофазно синтероване, при което се използва главно смес от Si прах и C прах като вграждащ прах, графитната матрица се поставя в вграждащия прах и високотемпературното синтероване се извършва в инертен газ, като накрая върху повърхността на графитната матрица се получава SiC покритие. Процесът е прост и комбинацията между покритието и основата е добра, но равномерността на покритието по посока на дебелината е лоша, което лесно води до образуване на повече дупки и лоша устойчивост на окисляване.
Метод на нанасяне с четка:
Методът на нанасяне с четка се състои главно в нанасяне на течната суровина с четка върху повърхността на графитната матрица и след това втвърдяване на суровината при определена температура за получаване на покритието. Процесът е прост и евтин, но покритието, приготвено с четка, е слабо в комбинация със субстрата, равномерността на покритието е лоша, покритието е тънко и устойчивостта на окисляване е ниска, така че са необходими други методи за подпомагане.
Метод на плазмено пръскане:
Методът на плазмено пръскане се състои главно в пръскане на разтопени или полуразтопени суровини върху повърхността на графитната матрица с плазмен пистолет, след което те се втвърдяват и свързват, за да образуват покритие. Методът е лесен за работа и може да се получи сравнително плътно силициево-карбидно покритие, но полученото силициево-карбидно покритие често е твърде слабо и води до слаба устойчивост на окисляване, така че обикновено се използва за получаване на SiC композитно покритие, за да се подобри качеството на покритието.
Гел-зол метод:
Методът гел-зол се състои главно в приготвяне на равномерен и прозрачен зол разтвор, покриващ повърхността на матрицата, изсушаване до гел и след това синтероване за получаване на покритие. Този метод е лесен за работа и евтин, но полученото покритие има някои недостатъци, като ниска устойчивост на термичен удар и лесно напукване, така че не може да се използва широко.
Химична газова реакция (ХГР):
CVR генерира основно SiC покритие чрез използване на Si и SiO2 прах за генериране на SiO пара при висока температура, и серия от химични реакции протичат върху повърхността на C материала субстрат. SiC покритието, получено по този метод, е плътно свързано със субстрата, но температурата на реакцията е по-висока и цената е по-висока.
Химично отлагане от пари (CVD):
В момента CVD е основната технология за приготвяне на SiC покритие върху повърхността на субстрата. Основният процес е серия от физични и химични реакции на газовофазен реагент върху повърхността на субстрата и накрая SiC покритието се приготвя чрез отлагане върху повърхността на субстрата. SiC покритието, приготвено чрез CVD технология, е плътно свързано с повърхността на субстрата, което може ефективно да подобри устойчивостта на окисление и аблационната устойчивост на материала на субстрата, но времето за отлагане при този метод е по-дълго и реакционният газ съдържа определени токсични вещества.
Пазарна ситуация на основата от графит с покритие от SiC
Когато чуждестранните производители започнаха рано, те имаха ясна преднина и висок пазарен дял. В международен план основните доставчици на SiC покрита графитна основа са холандската Xycard, германската SGL Carbon (SGL), японската Toyo Carbon, американската MEMC и други компании, които основно заемат международния пазар. Въпреки че Китай е разработил ключовата технология за равномерно натрупване на SiC покритие върху повърхността на графитната матрица, висококачествената графитна матрица все още разчита на германската SGL, японската Toyo Carbon и други предприятия, графитната матрица, предоставяна от местни предприятия, влияе върху експлоатационния живот поради топлопроводимост, модул на еластичност, модул на твърдост, дефекти в решетката и други проблеми с качеството. Оборудването MOCVD не може да отговори на изискванията за използване на SiC покрита графитна основа.
Китайската полупроводникова индустрия се развива бързо. С постепенното увеличаване на степента на локализация на MOCVD епитаксиално оборудване и разширяването на други приложения на процесите, се очаква бъдещият пазар на продукти от графитна основа с покритие от SiC да расте бързо. Според предварителните оценки на индустрията, вътрешният пазар на графитна основа ще надхвърли 500 милиона юана през следващите няколко години.
Графитната основа със SiC покритие е основният компонент на оборудването за индустриализация на комбинирани полупроводници. Овладяването на ключовата технология за нейното производство и преработка, както и осъществяването на локализацията на цялата верига от суровини до технологично оборудване, е от голямо стратегическо значение за осигуряване на развитието на китайската полупроводникова индустрия. Областта на местната графитна основа със SiC покритие се развива бързо и качеството на продукта може скоро да достигне международно напреднало ниво.
Време на публикуване: 24 юли 2023 г.