SiC-kattega grafiitaluseid kasutatakse tavaliselt monokristalliliste substraatide toetamiseks ja kuumutamiseks metallorgaanilise keemilise aurustamise (MOCVD) seadmetes. SiC-kattega grafiitaluse termiline stabiilsus, termiline ühtlus ja muud jõudlusparameetrid mängivad epitaksiaalse materjali kasvu kvaliteedis otsustavat rolli, seega on see MOCVD seadmete põhikomponent.
Kiipide tootmisprotsessis konstrueeritakse mõnele kiibi aluspinnale epitaksiaalkihte, et hõlbustada seadmete tootmist. Tüüpilised LED-valgust kiirgavad seadmed vajavad ränisubstraatidele GaAs-i epitaksiaalkihtide valmistamist; SiC-epitaksiaalkiht kasvatatakse juhtivale SiC-aluspinnale selliste seadmete nagu SBD, MOSFET jne ehitamiseks kõrgepinge, suure voolutugevuse ja muude võimsusrakenduste jaoks; GaN-epitaksiaalkiht konstrueeritakse poolisoleeritud SiC-aluspinnale HEMT-i ja muude raadiosagedusrakenduste, näiteks side, seadmete edasiseks konstrueerimiseks. See protsess on lahutamatult seotud CVD-seadmetega.
CVD-seadmes ei saa substraati otse metallile asetada ega epitaksiaalse sadestamise jaoks lihtsalt alusele asetada, kuna see hõlmab gaasivoolu (horisontaalne, vertikaalne), temperatuuri, rõhku, fikseerimist, saasteainete eraldumist ja muid mõjutegureid. Seetõttu on vaja alust, seejärel asetatakse substraat kettale ja seejärel teostatakse epitaksiaalne sadestamine substraadile CVD-tehnoloogia abil ning see alus on SiC-kattega grafiidist alus (tuntud ka kui alus).
SiC-kattega grafiitaluseid kasutatakse tavaliselt monokristalliliste substraatide toetamiseks ja kuumutamiseks metallorgaanilise keemilise aurustamise (MOCVD) seadmetes. SiC-kattega grafiitaluse termiline stabiilsus, termiline ühtlus ja muud jõudlusparameetrid mängivad epitaksiaalse materjali kasvu kvaliteedis otsustavat rolli, seega on see MOCVD seadmete põhikomponent.
Metallorgaaniline keemiline aurustamine sadestamise teel (MOCVD) on siniste LED-ide GaN-kilede epitaksiaalse kasvatamise peamine tehnoloogia. Selle eelised on lihtne kasutamine, kontrollitav kasvukiirus ja GaN-kilede kõrge puhtusaste. MOCVD-seadmete reaktsioonikambri olulise komponendina peab GaN-kile epitaksiaalseks kasvatamiseks kasutatav laagrialus olema kõrge temperatuurikindluse, ühtlase soojusjuhtivuse, hea keemilise stabiilsuse, tugeva kuumakindluse jne eelistega. Grafiitmaterjal võib vastata ülaltoodud tingimustele.
MOCVD-seadmete ühe põhikomponendina on grafiidi alus substraadi kandja ja küttekeha, mis määrab otseselt kilematerjali ühtluse ja puhtuse, seega mõjutab selle kvaliteet otseselt epitaksiaalse lehe ettevalmistamist ning samal ajal on seda kasutuskordade arvu suurenemise ja töötingimuste muutumisega väga lihtne kanda, mis kuulub tarbekaupade hulka.
Kuigi grafiidil on suurepärane soojusjuhtivus ja stabiilsus, on sellel MOCVD-seadmete baaskomponendina hea eelis, kuid tootmisprotsessis söövitab grafiit pulbrit söövitavate gaaside ja metalliliste orgaaniliste ühendite jääkide tõttu ning grafiidibaasi kasutusiga lüheneb oluliselt. Samal ajal põhjustab langev grafiidipulber kiibile saastumist.
Kattetehnoloogia tekkimine võimaldab pinnale pulbri fikseerimist, soojusjuhtivuse parandamist ja soojusjaotuse ühtlustamist, mis on muutunud selle probleemi lahendamise peamiseks tehnoloogiaks. MOCVD-seadmete kasutuskeskkonnas peaks grafiidipõhine pinnakate vastama järgmistele omadustele:
(1) Grafiidi alust saab täielikult pakendada ja tihedus on hea, vastasel juhul on grafiidi alus söövitavas gaasis kergesti korrodeeruv.
(2) Grafiidi alusega kombineeritud tugevus on kõrge, et tagada katte kerge mahakukkumine pärast mitut kõrge ja madala temperatuuri tsüklit.
(3) Sellel on hea keemiline stabiilsus, et vältida katte purunemist kõrgel temperatuuril ja söövitavas atmosfääris.
SiC-l on korrosioonikindluse, kõrge soojusjuhtivuse, termilise löögikindluse ja kõrge keemilise stabiilsuse eelised ning see sobib hästi GaN-i epitaksiaalses atmosfääris. Lisaks erineb SiC soojuspaisumistegur grafiidist väga vähe, mistõttu on SiC eelistatud materjal grafiidialuste pinnakatteks.
Praegu on levinud ränikarbiid (SiC) peamiselt 3C, 4H ja 6H tüüpi ning erinevat tüüpi kristallide kasutusalad on erinevad. Näiteks 4H-SiC-st saab toota suure võimsusega seadmeid; 6H-SiC on kõige stabiilsem ja sobib fotoelektriliste seadmete tootmiseks; kuna selle struktuur on sarnane GaN-iga, saab 3C-SiC-d kasutada GaN-i epitaksiaalkihi ja SiC-GaN raadiosagedusseadmete tootmiseks. 3C-SiC-d tuntakse ka kui β-SiC-d ja selle oluline kasutusala on kile- ja kattematerjalina, seega on β-SiC praegu peamine kattematerjal.
Ränikarbiidist katte valmistamise meetod
Praegu hõlmavad SiC-katte valmistusmeetodid peamiselt geel-soolmeetodit, manustamismeetodit, pintsliga katmise meetodit, plasma pihustamise meetodit, keemilise gaasireaktsiooni meetodit (CVR) ja keemilise aurustamise meetodit (CVD).
Manustamismeetod:
Meetod on teatud tüüpi kõrgel temperatuuril toimuv tahkefaasiline paagutamine, kus sissekandepulbrina kasutatakse peamiselt räni- ja süsinikpulbri segu, grafiitmaatriks asetatakse sissekandepulbrisse ja kõrgel temperatuuril toimuv paagutamine viiakse läbi inertses gaasis, mille tulemusel saadakse grafiitmaatriksi pinnale ränikarbiidi (SiC) kate. Protsess on lihtne ja katte ning aluspinna kombinatsioon on hea, kuid katte ühtlus paksuse suunas on halb, mis omakorda põhjustab suurema hulga aukude teket ja halva oksüdatsioonikindluse.
Pintsliga katmise meetod:
Pintsliga katmise meetod seisneb peamiselt vedela tooraine pintsliga kandmises grafiitmaatriksi pinnale ja seejärel tooraine teatud temperatuuril kõvendamises katte ettevalmistamiseks. Protsess on lihtne ja odav, kuid pintsliga katmise meetodil valmistatud kate on aluspinnaga võrreldes nõrk, katte ühtlus on halb, kate on õhuke ja oksüdatsioonikindlus madal, mistõttu on vaja muid meetodeid abistamiseks.
Plasma pihustamise meetod:
Plasmapihustamismeetod seisneb peamiselt sulatatud või poolsulatatud tooraine pihustamisel grafiitmaatriksi pinnale plasmapüstoliga ning seejärel tahkestumisel ja sidumisel katte moodustamiseks. Meetod on lihtne kasutada ja võimaldab valmistada suhteliselt tiheda ränikarbiidkatte, kuid meetodil valmistatud ränikarbiidkate on sageli liiga nõrk ja põhjustab nõrka oksüdatsioonikindlust, seega kasutatakse seda üldiselt SiC-komposiitkatte valmistamiseks katte kvaliteedi parandamiseks.
Geel-sool meetod:
Geel-sooli meetodi peamine eesmärk on valmistada ühtlane ja läbipaistev soolilahus, mis katab maatriksi pinna, kuivatatakse geeliks ja seejärel paagutatakse katte saamiseks. See meetod on lihtne kasutada ja odav, kuid toodetud kattel on mõned puudused, näiteks madal termiline löögikindlus ja kerge pragunemine, mistõttu seda ei saa laialdaselt kasutada.
Keemiline gaasireaktsioon (CVR):
CVR-meetodil luuakse SiC-kate peamiselt Si ja SiO2 pulbri abil, mis tekitab kõrgel temperatuuril SiO auru, ning C-materjali aluspinna pinnal toimub rida keemilisi reaktsioone. Selle meetodi abil valmistatud SiC-kate on aluspinnaga tihedalt seotud, kuid reaktsioonitemperatuur on kõrgem ja maksumus suurem.
Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD):
Praegu on CVD peamine tehnoloogia SiC-katte valmistamiseks aluspinnale. Peamine protsess on gaasifaasi reagentide füüsikaliste ja keemiliste reaktsioonide seeria aluspinnal ning lõpuks valmistatakse SiC-kate aluspinnale sadestamise teel. CVD-tehnoloogia abil valmistatud SiC-kate seotakse tihedalt aluspinna pinnaga, mis võib tõhusalt parandada aluspinna materjali oksüdatsioonikindlust ja ablatsioonikindlust, kuid selle meetodi sadestumisaeg on pikem ja reaktsioonigaasis on teatud mürgine gaas.
SiC-kattega grafiidist alusmaterjali turuolukord
Kui välismaised tootjad varakult alustasid, oli neil selge edumaa ja suur turuosa. Rahvusvahelisel tasandil on SiC-kattega grafiidibaasi peamised tarnijad Hollandi Xycard, Saksamaa SGL Carbon (SGL), Jaapani Toyo Carbon, Ameerika Ühendriikide MEMC ja teised ettevõtted, mis sisuliselt hõivavad rahvusvahelise turu. Kuigi Hiina on läbi murdnud grafiidimaatriksi pinnale ühtlaselt kasvava SiC-katte põhitehnoloogia, tugineb kvaliteetne grafiidimaatriks endiselt Saksa SGL-ile, Jaapani Toyo Carbonile ja teistele ettevõtetele. Kodumaiste ettevõtete pakutav grafiidimaatriks mõjutab kasutusiga soojusjuhtivuse, elastsusmooduli, jäikusmooduli, võredefektide ja muude kvaliteediprobleemide tõttu. MOCVD-seadmed ei suuda täita SiC-kattega grafiidibaasi kasutamise nõudeid.
Hiina pooljuhtide tööstus areneb kiiresti. MOCVD epitaksiaalseadmete lokaliseerimise määra järkjärgulise suurenemise ja muude protsessirakenduste laienemisega eeldatakse, et tulevane SiC-kattega grafiidist baastoodete turg kasvab kiiresti. Tööstusharu esialgsete hinnangute kohaselt ületab siseturu grafiidist baastoodete turg järgmise paari aasta jooksul 500 miljonit jüaani.
SiC-kattega grafiidist alus on liitpooljuhtide industrialiseerimisseadmete põhikomponent, selle tootmise ja valmistamise põhitehnoloogia valdamine ning kogu tooraine-protsessi-seadmete tööstusahela lokaliseerimine on Hiina pooljuhtide tööstuse arengu tagamiseks strateegiliselt väga oluline. Kodumaise SiC-kattega grafiidist alus on õitsengul ja toote kvaliteet võib peagi saavutada rahvusvaheliselt kõrgetasemelise taseme.
Postituse aeg: 24. juuli 2023