Les bases de grafit recobertes de SiC s'utilitzen habitualment per suportar i escalfar substrats de monocristall en equips de deposició química de vapor metall-orgànic (MOCVD). L'estabilitat tèrmica, la uniformitat tèrmica i altres paràmetres de rendiment de la base de grafit recoberta de SiC tenen un paper decisiu en la qualitat del creixement del material epitaxial, per la qual cosa és el component clau principal dels equips MOCVD.
En el procés de fabricació d'oblies, es construeixen capes epitaxials sobre alguns substrats d'oblies per facilitar la fabricació de dispositius. Els dispositius emissors de llum LED típics necessiten preparar capes epitaxials de GaAs sobre substrats de silici; la capa epitaxial de SiC es fa créixer sobre el substrat conductor de SiC per a la construcció de dispositius com ara SBD, MOSFET, etc., per a aplicacions d'alta tensió, alta corrent i altres aplicacions de potència; la capa epitaxial de GaN es construeix sobre un substrat de SiC semiaïllat per construir encara més HEMT i altres dispositius per a aplicacions de RF com ara la comunicació. Aquest procés és inseparable dels equips de CVD.
En l'equip de deposició química en fase CVD, el substrat no es pot col·locar directament sobre el metall ni simplement sobre una base per a la deposició epitaxial, ja que implica el flux de gas (horitzontal, vertical), la temperatura, la pressió, la fixació, l'alliberament de contaminants i altres aspectes dels factors d'influència. Per tant, es necessita una base, i després es col·loca el substrat sobre el disc, i després es duu a terme la deposició epitaxial sobre el substrat mitjançant la tecnologia CVD, i aquesta base és la base de grafit recoberta de SiC (també coneguda com a safata).
Les bases de grafit recobertes de SiC s'utilitzen habitualment per suportar i escalfar substrats de monocristall en equips de deposició química de vapor metall-orgànic (MOCVD). L'estabilitat tèrmica, la uniformitat tèrmica i altres paràmetres de rendiment de la base de grafit recoberta de SiC tenen un paper decisiu en la qualitat del creixement del material epitaxial, per la qual cosa és el component clau principal dels equips MOCVD.
La deposició química de vapor metall-orgànic (MOCVD) és la tecnologia principal per al creixement epitaxial de pel·lícules de GaN en LED blaus. Té els avantatges d'un funcionament senzill, una taxa de creixement controlable i una alta puresa de les pel·lícules de GaN. Com a component important de la cambra de reacció dels equips MOCVD, la base del coixinet utilitzada per al creixement epitaxial de la pel·lícula de GaN ha de tenir els avantatges d'una resistència a altes temperatures, conductivitat tèrmica uniforme, bona estabilitat química, forta resistència al xoc tèrmic, etc. El material de grafit pot complir les condicions anteriors.
Com a component principal dels equips MOCVD, la base de grafit és el suport i el cos de calefacció del substrat, que determina directament la uniformitat i la puresa del material de la pel·lícula, de manera que la seva qualitat afecta directament la preparació de la làmina epitaxial i, alhora, amb l'augment del nombre d'usos i el canvi de les condicions de treball, és molt fàcil de portar, pertanyent als consumibles.
Tot i que el grafit té una excel·lent conductivitat tèrmica i estabilitat, té un bon avantatge com a component base dels equips MOCVD, però en el procés de producció, el grafit corroirà la pols a causa dels residus de gasos corrosius i compostos orgànics metàl·lics, i la vida útil de la base de grafit es reduirà considerablement. Al mateix temps, la pols de grafit que caurà contaminarà el xip.
L'aparició de la tecnologia de recobriment pot proporcionar fixació de la pols superficial, millorar la conductivitat tèrmica i igualar la distribució de la calor, que s'ha convertit en la principal tecnologia per resoldre aquest problema. La base de grafit en l'entorn d'ús d'equips MOCVD, el recobriment superficial de base de grafit ha de complir les característiques següents:
(1) La base de grafit es pot embolicar completament i la densitat és bona; en cas contrari, la base de grafit es corroeix fàcilment amb el gas corrosiu.
(2) La resistència combinada amb la base de grafit és alta per garantir que el recobriment no es desprengui fàcilment després de diversos cicles d'alta i baixa temperatura.
(3) Té una bona estabilitat química per evitar la fallada del recobriment a altes temperatures i atmosferes corrosives.
El SiC té els avantatges de la resistència a la corrosió, l'alta conductivitat tèrmica, la resistència al xoc tèrmic i l'alta estabilitat química, i pot funcionar bé en atmosfera epitaxial de GaN. A més, el coeficient d'expansió tèrmica del SiC difereix molt poc del del grafit, per la qual cosa el SiC és el material preferit per al recobriment superficial de la base de grafit.
Actualment, el SiC comú és principalment del tipus 3C, 4H i 6H, i els usos del SiC dels diferents tipus de cristalls són diferents. Per exemple, el 4H-SiC pot fabricar dispositius d'alta potència; el 6H-SiC és el més estable i pot fabricar dispositius fotoelèctrics; a causa de la seva estructura similar a la del GaN, el 3C-SiC es pot utilitzar per produir una capa epitaxial de GaN i fabricar dispositius RF de SiC-GaN. El 3C-SiC també es coneix comunament com a β-SiC, i un ús important del β-SiC és com a pel·lícula i material de recobriment, per la qual cosa el β-SiC és actualment el material principal per al recobriment.
Mètode per preparar un recobriment de carbur de silici
Actualment, els mètodes de preparació del recobriment de SiC inclouen principalment el mètode de gel-sol, el mètode d'incrustació, el mètode de recobriment amb raspall, el mètode de polvorització per plasma, el mètode de reacció química de gas (CVR) i el mètode de deposició química de vapor (CVD).
Mètode d'incrustació:
El mètode és un tipus de sinterització en fase sòlida a alta temperatura, que utilitza principalment la barreja de pols de Si i pols de C com a pols d'incrustació, la matriu de grafit es col·loca a la pols d'incrustació i la sinterització a alta temperatura es realitza en gas inert, i finalment s'obté el recobriment de SiC a la superfície de la matriu de grafit. El procés és senzill i la combinació entre el recobriment i el substrat és bona, però la uniformitat del recobriment al llarg de la direcció del gruix és deficient, cosa que facilita la producció de més forats i la baixa resistència a l'oxidació.
Mètode de recobriment amb pinzell:
El mètode de recobriment amb raspall consisteix principalment a aplicar la matèria primera líquida a la superfície de la matriu de grafit amb un raspall i després curar la matèria primera a una temperatura determinada per preparar el recobriment. El procés és senzill i el cost és baix, però el recobriment preparat pel mètode de recobriment amb raspall és feble en combinació amb el substrat, la uniformitat del recobriment és deficient, el recobriment és prim i la resistència a l'oxidació és baixa, i calen altres mètodes per ajudar-ho.
Mètode de polvorització per plasma:
El mètode de polvorització per plasma consisteix principalment a polvoritzar matèries primeres foses o semifoses a la superfície de la matriu de grafit amb una pistola de plasma, i després solidificar-les i unir-les per formar un recobriment. El mètode és fàcil d'operar i pot preparar un recobriment de carbur de silici relativament dens, però el recobriment de carbur de silici preparat pel mètode sovint és massa feble i condueix a una resistència a l'oxidació feble, per la qual cosa generalment s'utilitza per a la preparació de recobriments compostos de SiC per millorar la qualitat del recobriment.
Mètode de gel-sol:
El mètode gel-sol consisteix principalment a preparar una solució de sol uniforme i transparent que cobreixi la superfície de la matriu, assecar-la fins a formar un gel i després sinteritzar-la per obtenir un recobriment. Aquest mètode és fàcil d'operar i de baix cost, però el recobriment produït té algunes deficiències, com ara una baixa resistència al xoc tèrmic i una fàcil esquerdament, per la qual cosa no es pot utilitzar àmpliament.
Reacció química de gasos (RCV):
El CVR genera principalment un recobriment de SiC utilitzant pols de Si i SiO2 per generar vapor de SiO a alta temperatura, i es produeix una sèrie de reaccions químiques a la superfície del substrat de material C. El recobriment de SiC preparat per aquest mètode està estretament unit al substrat, però la temperatura de reacció és més alta i el cost és més elevat.
Deposició química de vapor (CVD):
Actualment, la CVD és la principal tecnologia per preparar recobriments de SiC a la superfície del substrat. El procés principal és una sèrie de reaccions físiques i químiques del material reactiu en fase gasosa a la superfície del substrat, i finalment el recobriment de SiC es prepara mitjançant la deposició a la superfície del substrat. El recobriment de SiC preparat per la tecnologia CVD està estretament unit a la superfície del substrat, cosa que pot millorar eficaçment la resistència a l'oxidació i la resistència ablativa del material del substrat, però el temps de deposició d'aquest mètode és més llarg i el gas de reacció té un cert gas tòxic.
La situació del mercat de la base de grafit recoberta de SiC
Quan els fabricants estrangers van començar aviat, tenien un clar lideratge i una alta quota de mercat. Internacionalment, els principals proveïdors de base de grafit recoberta de SiC són l'holandesa Xycard, l'alemanya SGL Carbon (SGL), el japonès Toyo Carbon, la nord-americana MEMC i altres empreses, que bàsicament ocupen el mercat internacional. Tot i que la Xina ha superat la tecnologia clau del creixement uniforme del recobriment de SiC a la superfície de la matriu de grafit, la matriu de grafit d'alta qualitat encara depèn de les empreses alemanyes SGL, japoneses Toyo Carbon i altres, i la matriu de grafit proporcionada per les empreses nacionals afecta la vida útil a causa de la conductivitat tèrmica, el mòdul elàstic, el mòdul rígid, els defectes de xarxa i altres problemes de qualitat. L'equip MOCVD no pot complir els requisits de l'ús de la base de grafit recoberta de SiC.
La indústria xinesa de semiconductors s'està desenvolupant ràpidament, amb l'augment gradual de la taxa de localització d'equips epitaxials MOCVD i l'expansió d'altres aplicacions de processos, s'espera que el futur mercat de productes de base de grafit recoberts de SiC creixi ràpidament. Segons estimacions preliminars de la indústria, el mercat nacional de base de grafit superarà els 500 milions de iuans en els propers anys.
La base de grafit recoberta de SiC és el component central dels equips d'industrialització de semiconductors compostos. El domini de la tecnologia bàsica clau de la seva producció i fabricació, i la localització de tota la cadena industrial de matèries primeres, procés i equips, tenen una gran importància estratègica per garantir el desenvolupament de la indústria de semiconductors de la Xina. El camp de la base de grafit recoberta de SiC nacional està en auge i la qualitat del producte aviat podrà assolir el nivell avançat internacional.
Data de publicació: 24 de juliol de 2023