SiC obložene grafitne baze se obično koriste za podupiranje i zagrijavanje monokristalnih supstrata u opremi za metal-organsko hemijsko taloženje iz parne faze (MOCVD). Termička stabilnost, termička ujednačenost i drugi parametri performansi SiC obložene grafitne baze igraju odlučujuću ulogu u kvaliteti epitaksijalnog rasta materijala, tako da je to ključna komponenta MOCVD opreme.
U procesu proizvodnje pločica, epitaksijalni slojevi se dodatno konstruiraju na nekim podlogama pločica kako bi se olakšala proizvodnja uređaja. Tipični LED uređaji koji emituju svjetlost trebaju pripremiti epitaksijalne slojeve GaAs na silicijumskim podlogama; SiC epitaksijalni sloj se uzgaja na provodljivoj SiC podlozi za konstrukciju uređaja kao što su SBD, MOSFET itd., za visoki napon, veliku struju i druge energetske primjene; GaN epitaksijalni sloj se konstruira na poluizolovanoj SiC podlozi za daljnju konstrukciju HEMT i drugih uređaja za RF primjene kao što je komunikacija. Ovaj proces je neodvojiv od CVD opreme.
U CVD opremi, podloga se ne može direktno postaviti na metal ili jednostavno postaviti na podlogu za epitaksijalno nanošenje, jer to uključuje protok gasa (horizontalni, vertikalni), temperaturu, pritisak, fiksaciju, oslobađanje zagađivača i druge aspekte uticajnih faktora. Stoga je potrebna podloga, a zatim se podloga postavlja na disk, a zatim se epitaksijalno nanošenje vrši na podlozi korištenjem CVD tehnologije, a ta podloga je grafitna podloga obložena SiC-om (također poznata kao tacna).
SiC obložene grafitne baze se obično koriste za podupiranje i zagrijavanje monokristalnih supstrata u opremi za metal-organsko hemijsko taloženje iz parne faze (MOCVD). Termička stabilnost, termička ujednačenost i drugi parametri performansi SiC obložene grafitne baze igraju odlučujuću ulogu u kvaliteti epitaksijalnog rasta materijala, tako da je to ključna komponenta MOCVD opreme.
Metal-organsko hemijsko taloženje iz parne faze (MOCVD) je glavna tehnologija za epitaksijalni rast GaN filmova u plavim LED diodama. Ima prednosti jednostavnog rada, kontrolisane brzine rasta i visoke čistoće GaN filmova. Kao važna komponenta u reakcijskoj komori MOCVD opreme, podloga koja se koristi za epitaksijalni rast GaN filma mora imati prednosti otpornosti na visoku temperaturu, ujednačene toplotne provodljivosti, dobre hemijske stabilnosti, jake otpornosti na toplotne udare itd. Grafitni materijal može ispuniti gore navedene uslove.
Kao jedna od osnovnih komponenti MOCVD opreme, grafitna baza je nosač i grijaće tijelo podloge, što direktno određuje ujednačenost i čistoću filmskog materijala, tako da njen kvalitet direktno utiče na pripremu epitaksijalnog lista, a istovremeno, sa povećanjem broja upotreba i promjenom radnih uslova, vrlo se lako troši, pripadajući potrošnom materijalu.
Iako grafit ima odličnu toplotnu provodljivost i stabilnost, ima dobru prednost kao osnovna komponenta MOCVD opreme, ali tokom proizvodnog procesa, grafit će korodirati prah zbog ostataka korozivnih gasova i metalnih organskih materija, te će vijek trajanja grafitne baze biti znatno smanjen. Istovremeno, padajući grafitni prah će uzrokovati zagađenje čipa.
Pojava tehnologije premazivanja može osigurati fiksaciju površinskog praha, poboljšati toplinsku provodljivost i ujednačiti raspodjelu topline, što je postala glavna tehnologija za rješavanje ovog problema. Grafitna baza u okruženju korištenja MOCVD opreme, površinski premaz na bazi grafita treba ispunjavati sljedeće karakteristike:
(1) Grafitna baza se može potpuno omotati, a gustoća je dobra, u suprotnom, grafitna baza lako korodira u korozivnom plinu.
(2) Kombinacijska čvrstoća s grafitnom bazom je visoka kako bi se osiguralo da premaz ne otpada lako nakon nekoliko ciklusa visokih i niskih temperatura.
(3) Ima dobru hemijsku stabilnost kako bi se izbjeglo oštećenje premaza na visokim temperaturama i u korozivnoj atmosferi.
SiC ima prednosti otpornosti na koroziju, visoke toplinske provodljivosti, otpornosti na termičke udare i visoke kemijske stabilnosti, te može dobro funkcionirati u GaN epitaksijalnoj atmosferi. Osim toga, koeficijent toplinskog širenja SiC-a se vrlo malo razlikuje od grafita, pa je SiC preferirani materijal za površinski premaz grafitne baze.
Trenutno se uglavnom koristi SiC tipa 3C, 4H i 6H, a upotreba SiC-a za različite tipove kristala je različita. Na primjer, 4H-SiC se može koristiti za proizvodnju uređaja velike snage; 6H-SiC je najstabilniji i može se koristiti za proizvodnju fotoelektričnih uređaja; zbog svoje slične strukture kao GaN, 3C-SiC se može koristiti za proizvodnju GaN epitaksijalnog sloja i proizvodnju SiC-GaN RF uređaja. 3C-SiC je također poznat kao β-SiC, a važna upotreba β-SiC je kao materijal za filmove i premaze, tako da je β-SiC trenutno glavni materijal za premaze.
Metoda za pripremu premaza od silicijum karbida
Trenutno, metode pripreme SiC premaza uglavnom uključuju gel-sol metodu, metodu ugradnje, metodu nanošenja četkom, metodu plazma prskanja, metodu hemijske gasne reakcije (CVR) i metodu hemijskog taloženja iz pare (CVD).
Metoda ugradnje:
Metoda je vrsta visokotemperaturnog sinterovanja čvrste faze, koje uglavnom koristi mješavinu Si praha i C praha kao prah za ugradnju, grafitna matrica se stavlja u prah za ugradnju, a sinterovanje na visokoj temperaturi se provodi u inertnom gasu, i na kraju se SiC premaz dobija na površini grafitne matrice. Postupak je jednostavan i kombinacija između premaza i podloge je dobra, ali ujednačenost premaza duž smjera debljine je loša, što lako dovodi do stvaranja više rupa i slabe otpornosti na oksidaciju.
Metoda nanošenja četkom:
Metoda nanošenja premaza četkom se uglavnom sastoji u nanošenju tekuće sirovine četkom na površinu grafitne matrice, a zatim sušenju sirovine na određenoj temperaturi kako bi se pripremio premaz. Postupak je jednostavan i jeftin, ali premaz pripremljen metodom nanošenja četkom je slab u kombinaciji sa podlogom, ujednačenost premaza je loša, premaz je tanak, a otpornost na oksidaciju niska, te su potrebne druge metode za pomoć.
Metoda plazma prskanja:
Metoda plazma prskanja se uglavnom sastoji u prskanju rastopljenih ili polurastopljenih sirovina na površinu grafitne matrice plazma pištoljem, a zatim učvršćivanju i vezivanju u premaz. Metoda je jednostavna za rukovanje i omogućava pripremu relativno gustog silicijum karbidnog premaza, ali silicijum karbidni premaz pripremljen ovom metodom je često preslab i dovodi do slabe otpornosti na oksidaciju, pa se generalno koristi za pripremu SiC kompozitnog premaza kako bi se poboljšao kvalitet premaza.
Gel-sol metoda:
Gel-sol metoda se uglavnom sastoji od pripreme ujednačenog i prozirnog sol rastvora koji prekriva površinu matrice, sušenja u gel, a zatim sinterovanja da bi se dobio premaz. Ova metoda je jednostavna za upotrebu i jeftina, ali dobijeni premaz ima neke nedostatke kao što su niska otpornost na termalne udare i lako pucanje, tako da se ne može široko koristiti.
Hemijska plinska reakcija (CVR):
CVR uglavnom generira SiC premaz korištenjem Si i SiO2 praha za stvaranje SiO pare na visokoj temperaturi, a niz hemijskih reakcija se odvija na površini C materijala supstrata. SiC premaz pripremljen ovom metodom je čvrsto vezan za supstrat, ali je temperatura reakcije viša, a cijena je veća.
Hemijsko taloženje iz parne faze (CVD):
Trenutno je CVD glavna tehnologija za pripremu SiC premaza na površini podloge. Glavni proces je niz fizičkih i hemijskih reakcija reaktanta u gasnoj fazi na površini podloge, a na kraju se SiC premaz priprema taloženjem na površinu podloge. SiC premaz pripremljen CVD tehnologijom je čvrsto vezan za površinu podloge, što može efikasno poboljšati otpornost na oksidaciju i ablaciju materijala podloge, ali vrijeme taloženja ove metode je duže, a reakcijski gas sadrži određene toksične gasove.
Tržišna situacija na bazi grafita obloženog SiC-om
Kada su strani proizvođači rano počeli s radom, imali su jasnu prednost i visok tržišni udio. Na međunarodnom nivou, glavni dobavljači SiC obložene grafitne baze su holandski Xycard, njemački SGL Carbon (SGL), japanski Toyo Carbon, američki MEMC i druge kompanije, koje u osnovi zauzimaju međunarodno tržište. Iako je Kina probila ključnu tehnologiju ujednačenog rasta SiC premaza na površini grafitne matrice, visokokvalitetna grafitna matrica se i dalje oslanja na njemački SGL, japanski Toyo Carbon i druga preduzeća, ali grafitna matrica koju obezbjeđuju domaća preduzeća utiče na vijek trajanja zbog toplotne provodljivosti, modula elastičnosti, modula krutosti, nedostataka rešetke i drugih problema s kvalitetom. MOCVD oprema ne može ispuniti zahtjeve korištenja SiC obložene grafitne baze.
Kineska industrija poluprovodnika se brzo razvija, s postepenim povećanjem stope lokalizacije MOCVD epitaksijalne opreme i širenjem drugih procesnih primjena, očekuje se brz rast budućeg tržišta proizvoda na bazi grafita obloženog SiC-om. Prema preliminarnim procjenama industrije, domaće tržište na bazi grafita će premašiti 500 miliona juana u narednih nekoliko godina.
SiC obložena grafitna baza je ključna komponenta opreme za industrijalizaciju složenih poluprovodnika, a savladavanje ključne tehnologije njene proizvodnje i prerade, te realizacija lokalizacije cijelog industrijskog lanca sirovina-procesa-opreme, od velikog je strateškog značaja za osiguranje razvoja kineske poluprovodničke industrije. Polje domaće SiC obložene grafitne baze je u procvatu, a kvalitet proizvoda uskoro bi mogao dostići međunarodni napredni nivo.
Vrijeme objave: 24. jula 2023.