SiC-belagte grafitbaser bruges almindeligvis til at understøtte og opvarme enkeltkrystalsubstrater i metalorganisk kemisk dampaflejringsudstyr (MOCVD). Den termiske stabilitet, termiske ensartethed og andre ydeevneparametre for SiC-belagt grafitbase spiller en afgørende rolle i kvaliteten af epitaksialt materialevækst, så det er den centrale nøglekomponent i MOCVD-udstyr.
I forbindelse med waferfremstilling konstrueres epitaksiale lag yderligere på nogle wafersubstrater for at lette fremstillingen af enheder. Typiske LED-lysudstrålende enheder skal fremstille epitaksiale lag af GaAs på siliciumsubstrater; SiC-epitaksiale laget dyrkes på det ledende SiC-substrat til konstruktion af enheder såsom SBD, MOSFET osv. til højspændings-, højstrøms- og andre effektapplikationer; GaN-epitaksiale lag konstrueres på halvisoleret SiC-substrat for yderligere at konstruere HEMT og andre enheder til RF-applikationer såsom kommunikation. Denne proces er uadskillelig fra CVD-udstyr.
I CVD-udstyr kan substratet ikke placeres direkte på metallet eller blot placeres på en base for epitaksial aflejring, fordi det involverer gasstrøm (horisontal, lodret), temperatur, tryk, fiksering, afgivelse af forurenende stoffer og andre aspekter af påvirkningsfaktorer. Derfor er der behov for en base, og derefter placeres substratet på skiven, og derefter udføres den epitaksiale aflejring på substratet ved hjælp af CVD-teknologi, og denne base er den SiC-belagte grafitbase (også kendt som bakken).
SiC-belagte grafitbaser bruges almindeligvis til at understøtte og opvarme enkeltkrystalsubstrater i metalorganisk kemisk dampaflejringsudstyr (MOCVD). Den termiske stabilitet, termiske ensartethed og andre ydeevneparametre for SiC-belagt grafitbase spiller en afgørende rolle i kvaliteten af epitaksialt materialevækst, så det er den centrale nøglekomponent i MOCVD-udstyr.
Metalorganisk kemisk dampaflejring (MOCVD) er den mest almindelige teknologi til epitaksial vækst af GaN-film i blå LED. Den har fordelene ved enkel betjening, kontrollerbar væksthastighed og høj renhed af GaN-film. Som en vigtig komponent i reaktionskammeret i MOCVD-udstyr skal den lejebase, der anvendes til epitaksial vækst af GaN-film, have fordelene ved høj temperaturbestandighed, ensartet varmeledningsevne, god kemisk stabilitet, stærk termisk stødmodstand osv. Grafitmateriale kan opfylde ovenstående betingelser.
Som en af kernekomponenterne i MOCVD-udstyr er grafitbasen bærer og varmelegeme for substratet, hvilket direkte bestemmer filmmaterialets ensartethed og renhed. Derfor påvirker dens kvalitet direkte fremstillingen af epitaksipladen. Samtidig er den meget let at slide med stigende anvendelser og ændringer i arbejdsforhold, hvilket gør den til forbrugsvarer.
Selvom grafit har fremragende varmeledningsevne og stabilitet, har det en god fordel som basiskomponent i MOCVD-udstyr, men i produktionsprocessen vil grafit korrodere pulveret på grund af rester af ætsende gasser og metalliske organiske stoffer, og levetiden for grafitbasen vil blive betydeligt reduceret. Samtidig vil det faldende grafitpulver forårsage forurening af chippen.
Fremkomsten af belægningsteknologi kan give overfladepulverfiksering, forbedre varmeledningsevnen og udligne varmefordelingen, hvilket er blevet den vigtigste teknologi til at løse dette problem. Grafitbaseret overfladebelægning i MOCVD-udstyrsmiljø skal opfylde følgende egenskaber:
(1) Grafitbasen kan indpakkes fuldstændigt, og densiteten er god, ellers er grafitbasen let at korrodere i den ætsende gas.
(2) Kombinationsstyrken med grafitbasen er høj for at sikre, at belægningen ikke let falder af efter flere cyklusser med høj og lav temperatur.
(3) Den har god kemisk stabilitet for at undgå belægningsfejl i høje temperaturer og korrosiv atmosfære.
SiC har fordelene ved korrosionsbestandighed, høj termisk ledningsevne, termisk stødmodstand og høj kemisk stabilitet og kan fungere godt i GaN epitaksial atmosfære. Derudover adskiller SiC's termiske udvidelseskoefficient sig meget lidt fra grafits, så SiC er det foretrukne materiale til overfladebelægning på grafitbaseret materiale.
I øjeblikket er den almindelige SiC hovedsageligt af typen 3C, 4H og 6H, og SiC-anvendelsen af forskellige krystaltyper er forskellig. For eksempel kan 4H-SiC fremstille højtydende enheder; 6H-SiC er den mest stabile og kan fremstille fotoelektriske enheder; På grund af sin lignende struktur som GaN kan 3C-SiC bruges til at producere GaN epitaksialt lag og fremstille SiC-GaN RF-enheder. 3C-SiC er også almindeligvis kendt som β-SiC, og en vigtig anvendelse af β-SiC er som film- og belægningsmateriale, så β-SiC er i øjeblikket det vigtigste materiale til belægning.
Fremgangsmåde til fremstilling af siliciumcarbidbelægning
I øjeblikket omfatter fremstillingsmetoderne til SiC-belægning hovedsageligt gel-sol-metoden, indlejringsmetode, børstebelægningsmetode, plasmasprøjtningsmetode, kemisk gasreaktionsmetode (CVR) og kemisk dampaflejringsmetode (CVD).
Indlejringsmetode:
Metoden er en form for højtemperatur fastfasesintring, hvor man primært bruger en blanding af Si-pulver og C-pulver som indlejringspulver. Grafitmatrixen placeres i indlejringspulveret, hvorefter højtemperatursintringen udføres i en inert gas, hvorefter SiC-belægningen til sidst dannes på grafitmatrixens overflade. Processen er enkel, og kombinationen mellem belægningen og substratet er god, men belægningens ensartethed langs tykkelsesretningen er dårlig, hvilket let kan føre til flere huller og dårlig oxidationsmodstand.
Penselbelægningsmetode:
Børstebelægningsmetoden går primært ud på at påføre det flydende råmateriale på overfladen af grafitmatrixen og derefter hærde råmaterialet ved en bestemt temperatur for at fremstille belægningen. Processen er enkel og omkostningerne lave, men belægningen fremstillet ved børstebelægningsmetoden er svag i kombination med substratet, belægningens ensartethed er dårlig, belægningen er tynd, og oxidationsmodstanden er lav, og andre metoder er nødvendige for at understøtte dette.
Plasma sprøjtemetode:
Plasmaspraymetoden går primært ud på at sprøjte smeltede eller halvsmeltede råmaterialer på overfladen af grafitmatrixen med en plasmapistol, hvorefter de størkner og bindes for at danne en belægning. Metoden er enkel at betjene og kan fremstille en relativt tæt siliciumcarbidbelægning, men den siliciumcarbidbelægning, der fremstilles ved hjælp af metoden, er ofte for svag og fører til svag oxidationsmodstand, så den anvendes generelt til fremstilling af SiC-kompositbelægninger for at forbedre belægningens kvalitet.
Gel-sol-metoden:
Gel-sol-metoden går primært ud på at fremstille en ensartet og transparent solopløsning, der dækker matrixens overflade, tørrer til en gel og sintrer derefter for at opnå en belægning. Denne metode er enkel at betjene og billig, men den producerede belægning har nogle mangler, såsom lav termisk chokmodstand og let revnedannelse, så den kan ikke anvendes i vid udstrækning.
Kemisk gasreaktion (CVR):
CVR genererer primært SiC-belægning ved at bruge Si- og SiO2-pulver til at generere SiO-damp ved høj temperatur, og en række kemiske reaktioner forekommer på overfladen af C-materialesubstratet. SiC-belægningen, der fremstilles ved denne metode, er tæt bundet til substratet, men reaktionstemperaturen er højere, og omkostningerne er højere.
Kemisk dampaflejring (CVD):
I øjeblikket er CVD den vigtigste teknologi til fremstilling af SiC-belægning på substratoverfladen. Hovedprocessen er en række fysiske og kemiske reaktioner af gasfasereaktantmaterialet på substratoverfladen, og endelig fremstilles SiC-belægningen ved aflejring på substratoverfladen. SiC-belægningen fremstillet ved hjælp af CVD-teknologi bindes tæt til substratets overflade, hvilket effektivt kan forbedre oxidationsmodstanden og ablationsmodstanden af substratmaterialet, men aflejringstiden for denne metode er længere, og reaktionsgassen indeholder en vis giftig gas.
Markedssituationen for SiC-belagt grafitbaseret
Da udenlandske producenter startede tidligt, havde de en klar føring og en høj markedsandel. Internationalt er de vigtigste leverandører af SiC-belagt grafitbase hollandske Xycard, tyske SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, USA MEMC og andre virksomheder, der grundlæggende optager det internationale marked. Selvom Kina har brudt igennem den centrale kerneteknologi med ensartet vækst af SiC-belægning på overfladen af grafitmatrix, er grafitmatrix af høj kvalitet stadig afhængig af tyske SGL, Japan Toyo Carbon og andre virksomheder. Grafitmatrixen, der leveres af indenlandske virksomheder, påvirker levetiden på grund af varmeledningsevne, elasticitetsmodul, stift modul, gitterfejl og andre kvalitetsproblemer. MOCVD-udstyret kan ikke opfylde kravene til brug af SiC-belagt grafitbase.
Kinas halvlederindustri udvikler sig hurtigt, og med den gradvise stigning i lokaliseringshastigheden for MOCVD-epitaksialudstyr og udvidelsen af andre procesapplikationer forventes det fremtidige marked for SiC-belagte grafitbaserede produkter at vokse hurtigt. Ifølge foreløbige brancheestimater vil det indenlandske marked for grafitbaserede produkter overstige 500 millioner yuan i de næste par år.
SiC-belagt grafitbase er kernekomponenten i industrialiseringsudstyr til sammensatte halvledere. Det er af stor strategisk betydning at mestre den centrale kerneteknologi i produktionen og fremstillingen samt realisere lokaliseringen af hele råmateriale-procesudstyrskæden for at sikre udviklingen af Kinas halvlederindustri. Feltet for indenlandsk SiC-belagt grafitbase boomer, og produktkvaliteten kan snart nå et internationalt avanceret niveau.
Opslagstidspunkt: 24. juli 2023