Mae haen epitacsial yn ffilm denau grisial sengl benodol sy'n cael ei thyfu ar swbstrad wafer trwy broses epitacsial; cyfeirir at y wafer swbstrad a'r ffilm epitacsial gyda'i gilydd fel wafer epitacsial. Ymhlith y rhain, mae tyfu haen epitacsial silicon carbid ar swbstrad silicon carbid dargludol yn cynhyrchu wafer epitacsial silicon carbid homogenaidd, y gellir ei gynhyrchu ymhellach yn ddyfeisiau pŵer fel deuodau Schottky, MOSFETs, ac IGBTs. Y math o swbstrad a ddefnyddir fwyaf eang yw'r swbstrad 4H-SiC.
Gan fod bron pob dyfais yn cael ei chynhyrchu ar haenau epitacsial, mae ansawdd yr haen epitacsial yn cael effaith sylweddol ar berfformiad dyfeisiau. Fodd bynnag, mae ansawdd yr haen epitacsial yn cael ei ddylanwadu gan brosesu crisialau a swbstradau, gan ei rhoi mewn cyfnod hollbwysig yn y diwydiant a chwarae rhan allweddol yn ei ddatblygiad.
Mae'r prif ddulliau ar gyfer paratoi haenau epitacsial silicon carbid yn cynnwys: dyddodiad anwedd; epitacsi cyfnod hylif (LPE); epitacsi trawst moleciwlaidd (MBE); a dyddodiad anwedd cemegol (CVD). Ymhlith y rhain, dyddodiad anwedd cemegol (CVD) yw'r dull a ddefnyddir fwyaf eang ar gyfer epitacsi homogenaidd 4H-SiC. Mae epitacsi CVD 4H-SiC fel arfer yn defnyddio offer CVD, sy'n sicrhau parhad strwythur crisial 4H-SiC o dan dymheredd twf uchel.
Mewn offer CVD, ni ellir gosod y swbstrad yn uniongyrchol ar arwyneb metel na'i osod ar sylfaen ar gyfer dyddodiad epitacsial, gan fod hyn yn cynnwys amrywiol ffactorau dylanwadol megis cyfeiriad llif y nwy (llorweddol, fertigol), tymheredd, pwysau, sefydlogi, a halogiad o ronynnau sy'n gollwng. Felly, mae angen sylfaen gefnogi; rhoddir y swbstrad ar hambwrdd, ac yna perfformir dyddodiad epitacsial ar y swbstrad gan ddefnyddio technoleg CVD. Sylfaen graffit wedi'i gorchuddio â SiC yw'r sylfaen gefnogi hon.
Fel cydran graidd, mae gan y swbstrad graffit gryfder penodol uchel a modwlws penodol, yn ogystal â gwrthwynebiad da i sioc thermol a chyrydiad. Fodd bynnag, yn ystod y cynhyrchiad, mae'r graffit yn destun cyrydiad a gollwng powdr oherwydd nwyon cyrydol a chyfansoddion organometallig gweddilliol, gan leihau oes gwasanaeth y swbstrad yn sylweddol. Ar yr un pryd, gall y powdr graffit a gollyngir halogi'r sglodion. Wrth gynhyrchu wafferi epitacsial silicon carbid, mae wedi dod yn gynyddol anodd bodloni'r gofynion cynyddol llymach ar gyfer deunyddiau graffit, gan gyfyngu'n ddifrifol ar eu datblygiad a'u cymhwysiad ymarferol. O ganlyniad,technoleg cotiowedi dod i'r amlwg fel ateb.
Manteision Gorchuddion SiC yn y Diwydiant Lled-ddargludyddion
Rhaid i briodweddau ffisegol a chemegol haenau fodloni gofynion llym ar gyfer ymwrthedd i dymheredd uchel a chyrydiad, gan fod y rhain yn effeithio'n uniongyrchol ar gynnyrch a hyd oes y cynnyrch. Mae gan ddeunydd SiC gryfder uchel, caledwch uchel, cyfernod ehangu thermol isel, a dargludedd thermol rhagorol, gan ei wneud yn ddeunydd strwythurol a lled-ddargludyddion tymheredd uchel hanfodol. Pan gaiff ei gymhwyso i swbstradau graffit, mae ei fanteision yn cynnwys:
1) Mae SiC yn gwrthsefyll cyrydiad a gall amgáu'r swbstrad graffit yn llwyr. Mae ei ddwysedd uchel yn atal difrod gan nwyon cyrydol.
2) Mae gan SiC ddargludedd thermol uchel a chryfder bondio cryf gyda'r swbstrad graffit, gan sicrhau bod y cotio'n aros yn gyfan hyd yn oed ar ôl cylchoedd tymheredd uchel-isel dro ar ôl tro.
3) Mae gan SiC sefydlogrwydd cemegol rhagorol, gan atal methiant cotio mewn awyrgylchoedd cyrydol tymheredd uchel.
Ar ben hynny, mae angen hambyrddau graffit gyda manylebau perfformiad penodol ar ffwrneisi epitacsial wedi'u gwneud o wahanol ddefnyddiau. Rhaid i gyfernod ehangu thermol y deunydd graffit fod yn gydnaws â thymheredd twf y ffwrnais epitacsial. Er enghraifft, gan fod tymheredd twf epitacsi silicon carbid yn uchel, mae angen hambyrddau gyda gradd uchel o gydweddu cyfernod ehangu thermol. Mae cyfernod ehangu thermol SiC yn wahanol iawn i gyfernod ehangu thermol graffit, gan ei wneud yn ddeunydd dewisol ar gyfer gorchuddio wyneb swbstradau graffit.
Mae SiC yn bodoli mewn sawl ffurf grisial, gyda'r rhai mwyaf cyffredin ar hyn o bryd yn fathau 3C, 4H, a 6H, pob un yn gwasanaethu gwahanol gymwysiadau. Er enghraifft, defnyddir 4H-SiC i gynhyrchu dyfeisiau pŵer uchel; 6H-SiC yw'r mwyaf sefydlog ac fe'i defnyddir i gynhyrchu dyfeisiau optoelectronig; a defnyddir 3C-SiC, oherwydd ei debygrwydd strwythurol i GaN, i gynhyrchu haenau epitacsial GaN ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau RF SiC-GaN. Cyfeirir at 3C-SiC yn gyffredin hefyd fel β-SiC. Un o brif gymhwysiadau β-SiC yw fel deunydd ffilm denau a gorchuddio; o ganlyniad, β-SiC yw'r prif ddeunydd a ddefnyddir ar gyfer gorchuddion ar hyn o bryd.
Fel defnydd traul cyffredin mewn cynhyrchu lled-ddargludyddion, defnyddir haenau SiC yn bennaf mewn prosesau fel paratoi swbstrad, epitacsi, ocsideiddio a thrylediad, ysgythru, ac mewnblannu ïonau. Rhaid i briodweddau ffisegol a chemegol y cotio fodloni gofynion llym ar gyfer ymwrthedd i dymheredd uchel a gwrthsefyll cyrydiad, gan fod y rhain yn effeithio'n uniongyrchol ar gynnyrch a hyd oes y cynnyrch. O ganlyniad, mae paratoi haenau SiC yn hanfodol.
Proses ar gyfer Paratoi Gorchuddion Silicon Carbid
Ar hyn o bryd, y prif ddulliau ar gyfer paratoi haenau SiC yw'r dull sol-gel, y dull mewnosod, cotio brwsh, chwistrellu plasma, adwaith anwedd cemegol (CVR), a dyddodiad anwedd cemegol (CVD).
Dull Mewnosod
Mae'r dull hwn yn fath o sinteru cyflwr solid tymheredd uchel. Mae'n defnyddio cymysgedd o bowdr silicon (Si) a phowdr carbon (C) yn bennaf fel y powdr mewnosod. Mae swbstrad graffit yn cael ei osod o fewn y powdr mewnosod a'i sinteru ar dymheredd uchel mewn awyrgylch nwy anadweithiol, gan ffurfio haen SiC ar wyneb y swbstrad graffit yn y pen draw. Mae'r dull hwn yn cynnwys proses syml ac adlyniad da rhwng yr haen a'r swbstrad; fodd bynnag, mae'r haen yn arddangos unffurfiaeth wael ar hyd cyfeiriad y trwch ac mae'n dueddol o ddatblygu mandyllau niferus, gan arwain at wrthwynebiad ocsideiddio gwael.
Dull Gorchuddio Brwsh
Mae'r dull cotio â brwsh yn bennaf yn cynnwys rhoi deunydd crai hylifol ar wyneb y swbstrad graffit, ac yna halltu'r deunydd ar dymheredd penodol i ffurfio'r cotio. Mae'r dull hwn yn syml ac yn gost-effeithiol; fodd bynnag, mae'r cotio sy'n deillio o hyn yn arddangos adlyniad gwan i'r swbstrad, unffurfiaeth wael, ac mae'n gymharol denau gyda gwrthiant ocsideiddio isel, gan olygu bod angen dulliau atodol.
Dull Chwistrellu Plasma
Mae'r dull chwistrellu plasma yn cynnwys defnyddio gwn plasma i chwistrellu deunydd crai tawdd neu led-dawdd ar wyneb y swbstrad graffit, sydd wedyn yn solidio ac yn bondio i ffurfio haen. Mae'r dull hwn yn syml i'w weithredu a gall gynhyrchu haenau silicon carbid cymharol drwchus; fodd bynnag, mae'r haenau sy'n deillio o hyn yn aml yn rhy denau, gan arwain at wrthwynebiad ocsideiddio gwael. Felly, fe'i defnyddir yn gyffredinol wrth baratoi haenau cyfansawdd SiC i wella ansawdd yr haen.
Dull Gel-Sol
Mae'r dull gel-sol yn bennaf yn cynnwys paratoi hydoddiant sol unffurf, tryloyw i orchuddio wyneb y swbstrad. Ar ôl sychu i mewn i gel, caiff y deunydd ei sinteru i ffurfio'r haen. Mae'r dull hwn yn syml i'w weithredu ac yn gymharol gost isel; fodd bynnag, mae'r haenau sy'n deillio o hyn yn dioddef o anfanteision megis ymwrthedd isel i sioc thermol a thuedd i gracio, gan gyfyngu ar eu cymhwysiad eang.
Dull Adwaith Anwedd Cemegol (CVR)
Mae CVR yn bennaf yn defnyddio powdrau Si a SiO₂ i gynhyrchu anwedd SiO₂ ar dymheredd uchel, gan sbarduno cyfres o adweithiau cemegol ar wyneb y swbstrad Si i ffurfio haen SiC. Mae'r haen SiC a gynhyrchir gan y dull hwn yn bondio'n dynn i'r swbstrad; fodd bynnag, mae tymheredd yr adwaith yn uchel, ac mae'r gost hefyd yn gymharol uchel.
Dyddodiad Anwedd Cemegol (CVD)
Ar hyn o bryd, CVD yw'r brif dechnoleg ar gyfer paratoi haenau SiC ar arwynebau swbstrad. Mae'r brif broses yn cynnwys cyfres o adweithiau ffisegemegol rhwng adweithyddion nwyol ac arwyneb y swbstrad, gan arwain yn y pen draw at ddyddodiad haen SiC. Mae haenau SiC a gynhyrchir gan dechnoleg CVD yn bondio'n dynn i arwyneb y swbstrad a gallant wella ymwrthedd ocsideiddio a gwrthiant abladiad deunydd y swbstrad yn effeithiol; fodd bynnag, mae'r dull hwn yn gofyn am amser dyddodiad cymharol hir, ac mae nwyon yr adwaith yn cynnwys rhai cydrannau gwenwynig.
Tueddiadau mewn Gorchuddion SiC
Defnyddir haenau SiC yn bennaf fel nwyddau traul mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, gyda metrigau perfformiad allweddol yn cynnwys unffurfiaeth haenau, cyfernod ehangu thermol, a dargludedd thermol. Er bod galw domestig sylweddol am haenau SiC yn Tsieina, mae'r dechnoleg yn parhau i fod yn anaeddfed. Dramor, dim ond un cwmni o'r Unol Daleithiau sy'n gweithredu yn y maes hwn, ac mae ei gynhyrchion yn gymharol ddrud.
Cychod crisialyn nwyddau traul a ddefnyddir mewn cynhyrchu epitacsial a all ddisodli graffit wedi'i orchuddio â SiC, er bod cyfaint y farchnad yn fach. Nesaf mae graffit wedi'i orchuddio â TaC, sy'n cynnig gwell ymwrthedd i gyrydiad cemegol na graffit noeth neu graffit wedi'i orchuddio â SiC, ond mae'n rhy ddrud ac yn dal i fod yng nghyfnodau cynnar ei ddatblygiad. Ar hyn o bryd, mae cwmnïau domestig felLled-ddargludydd Liufang, Semicera, aVetek Semiconductoryn ymwneud ag Ymchwil a Datblygu yn y maes hwn.
Amser postio: Mai-20-2026