SiC estalitako grafito-oinarrak normalean kristal bakarreko substratuak eusteko eta berotzeko erabiltzen dira lurrun-deposizio kimiko metaliko-organikoko (MOCVD) ekipoetan. SiC estalitako grafito-oinarriaren egonkortasun termikoak, uniformetasun termikoak eta beste errendimendu-parametro batzuek erabakigarriak dira material epitaxialaren hazkuntzaren kalitatean, beraz, MOCVD ekipoen osagai nagusia da.
Oblea fabrikatzeko prozesuan, geruza epitaxialak eraikitzen dira oblea-substratu batzuetan, gailuen fabrikazioa errazteko. LED argi-igorle gailu tipikoek GaAs-en geruza epitaxialak prestatu behar dituzte siliziozko substratuetan; SiC geruza epitaxiala SiC substratu eroalean hazten da, SBD, MOSFET eta abar bezalako gailuak eraikitzeko, tentsio handiko, korronte handiko eta beste potentzia-aplikazio batzuetarako; GaN geruza epitaxiala SiC substratu erdi-isolatuan eraikitzen da, HEMT eta beste gailuak eraikitzeko RF aplikazioetarako, hala nola komunikaziorako. Prozesu hau CVD ekipamendutik bereiztezina da.
CVD ekipamenduan, substratua ezin da zuzenean metalaren gainean jarri edo epitaxial deposiziorako oinarri baten gainean jarri besterik gabe, gas-fluxua (horizontala, bertikala), tenperatura, presioa, finkapena, kutsatzaileen isurketa eta eragin-faktoreen beste alderdi batzuk inplikatzen baititu. Beraz, oinarri bat behar da, eta ondoren substratua diskoan jartzen da, eta ondoren epitaxial deposizioa substratuan egiten da CVD teknologia erabiliz, eta oinarri hori SiC estalitako grafito-oinarria da (erretilua bezala ere ezagutzen dena).
SiC estalitako grafito-oinarrak normalean kristal bakarreko substratuak eusteko eta berotzeko erabiltzen dira lurrun-deposizio kimiko metaliko-organikoko (MOCVD) ekipoetan. SiC estalitako grafito-oinarriaren egonkortasun termikoak, uniformetasun termikoak eta beste errendimendu-parametro batzuek erabakigarriak dira material epitaxialaren hazkuntzaren kalitatean, beraz, MOCVD ekipoen osagai nagusia da.
Metal-organiko kimiko lurrunaren bidezko deposizioa (MOCVD) GaN filmen epitaxial hazkuntzarako teknologia nagusia da LED urdinetan. Funtzionamendu sinplearen, hazkunde-tasa kontrolagarriaren eta GaN filmen purutasun handiko abantailak ditu. MOCVD ekipamenduen erreakzio-ganberako osagai garrantzitsu gisa, GaN filmen epitaxial hazkuntzarako erabiltzen den oinarriak tenperatura altuko erresistentzia, eroankortasun termiko uniformea, egonkortasun kimiko ona, kolpe termikoarekiko erresistentzia handia eta abar izan behar ditu. Grafito materialak goiko baldintzak bete ditzake.
MOCVD ekipamenduen osagai nagusietako bat denez, grafito oinarria substratuaren euskarria eta berogailua da, eta horrek zuzenean zehazten du film materialaren uniformetasuna eta purutasuna, beraz, bere kalitateak zuzenean eragiten du xafla epitaxialaren prestaketan, eta, aldi berean, erabilera kopurua handitzearekin eta lan baldintzak aldatzearekin batera, oso erraza da higatzea, kontsumigarrien artean baitago.
Grafitoak eroankortasun termiko eta egonkortasun bikaina badu ere, abantaila handia du MOCVD ekipamenduen oinarrizko osagai gisa, baina ekoizpen-prozesuan, grafitoak hautsa korrodituko du gas korrosiboen eta materia organiko metalikoen hondakinengatik, eta grafito-oinarriaren bizitza erabilgarria asko murriztuko da. Aldi berean, erortzen den grafito-hautsa kutsadura eragingo dio txipari.
Estaldura-teknologiaren sorrerak gainazaleko hautsaren finkapena, eroankortasun termikoa hobetzea eta beroaren banaketa berdintzea ahalbidetzen du, eta hori bihurtu da arazo hau konpontzeko teknologia nagusia. MOCVD ekipamenduen erabilera-ingurunean, grafito-oinarrizko gainazaleko estaldurak ezaugarri hauek bete behar ditu:
(1) Grafito oinarria guztiz bildu daiteke, eta dentsitatea ona da, bestela grafito oinarria erraz korroditzen da gas korrosiboan.
(2) Grafito oinarriarekin konbinatutako indarra handia da, estaldura ez dadin erraz erortzen tenperatura altuko eta tenperatura baxuko hainbat zikloren ondoren.
(3) Egonkortasun kimiko ona du estalduraren akatsa saihesteko tenperatura altuan eta atmosfera korrosiboan.
SiC-k korrosioarekiko erresistentzia, eroankortasun termiko handia, kolpe termikoarekiko erresistentzia eta egonkortasun kimiko handia ditu abantailak, eta ondo funtziona dezake GaN epitaxial atmosferan. Gainera, SiC-ren hedapen termikoaren koefizientea oso gutxi desberdintzen da grafitoarenarekin alderatuta, beraz, SiC da grafito oinarriaren gainazaleko estaldurarako hobetsitako materiala.
Gaur egun, SiC arrunta batez ere 3C, 4H eta 6H motakoa da, eta kristal mota desberdinen SiC erabilerak desberdinak dira. Adibidez, 4H-SiC-k potentzia handiko gailuak fabrikatu ditzake; 6H-SiC da egonkorrena eta gailu fotoelektrikoak fabrikatu ditzake; GaN-ren antzeko egitura duenez, 3C-SiC GaN geruza epitaxiala ekoizteko eta SiC-GaN RF gailuak fabrikatzeko erabil daiteke. 3C-SiC β-SiC bezala ere ezagutzen da, eta β-SiC-ren erabilera garrantzitsu bat film eta estaldura material gisa da, beraz, β-SiC da gaur egun estaldurarako material nagusia.
Silizio karburozko estaldura prestatzeko metodoa
Gaur egun, SiC estaldura prestatzeko metodoen artean daude batez ere gel-sol metodoa, txertatze metodoa, eskuila estaldura metodoa, plasma ihinztadura metodoa, gas erreakzio kimikoaren metodoa (CVR) eta lurrun kimikoaren deposizio metodoa (CVD).
Txertatze metodoa:
Metodoa tenperatura altuko fase solidoko sinterizazio mota bat da, batez ere Si hautsaren eta C hautsaren nahasketa erabiltzen duena txertatze-hauts gisa, grafito matrizea txertatze-hautsean jartzen da, eta tenperatura altuko sinterizazioa gas geldoan egiten da, eta azkenik SiC estaldura lortzen da grafito matrizearen gainazalean. Prozesua sinplea da eta estalduraren eta substratuaren arteko konbinazioa ona da, baina estalduraren uniformetasuna eskasa da lodiera-norabidean zehar, eta horrek erraz sortzen ditu zulo gehiago eta oxidazio-erresistentzia eskasa eragiten du.
Eskuila estaltzeko metodoa:
Eskuila bidezko estaldura metodoa, batez ere, grafito matrizearen gainazalean lehengai likidoa eskuilatzean datza, eta ondoren lehengaia tenperatura jakin batean sendatzean estaldura prestatzeko. Prozesua sinplea da eta kostua baxua, baina eskuila bidezko estaldura metodoaren bidez prestatutako estaldura ahula da substratuarekin konbinatuta, estalduraren uniformetasuna eskasa da, estaldura mehea da eta oxidazioarekiko erresistentzia baxua da, eta beste metodo batzuk behar dira laguntzeko.
Plasma bidezko ihinztadura metodoa:
Plasma bidezko ihinztadura metodoa, batez ere, plasma pistola batekin grafito matrizearen gainazalean urtutako edo erdi-urtutako lehengaiak ihinztatzean datza, eta ondoren solidotu eta lotu estaldura bat osatzeko. Metodoa erabiltzeko erraza da eta silizio karburozko estaldura nahiko trinkoa presta dezake, baina metodoaren bidez prestatutako silizio karburozko estaldura askotan ahulegia da eta oxidazioarekiko erresistentzia ahula eragiten du, beraz, normalean SiC konpositezko estaldura prestatzeko erabiltzen da estalduraren kalitatea hobetzeko.
Gel-sol metodoa:
Gel-sol metodoa batez ere matrizearen gainazala estaltzen duen sol soluzio uniforme eta garden bat prestatzean datza, gel batean lehortzean eta ondoren sinterizatzean estaldura bat lortzeko. Metodo hau erabiltzeko erraza eta kostu txikikoa da, baina sortutako estaldurak zenbait gabezia ditu, hala nola, kolpe termikoarekiko erresistentzia txikia eta erraz pitzatzen dena, beraz, ezin da asko erabili.
Erreakzio Kimiko Gaseosoa (ERK):
CVR-k batez ere SiC estaldura sortzen du Si eta SiO2 hautsa erabiliz SiO lurruna tenperatura altuan sortzeko, eta erreakzio kimiko sorta bat gertatzen da C material substratuaren gainazalean. Metodo honekin prestatutako SiC estaldura substratuari estu lotuta dago, baina erreakzio tenperatura altuagoa da eta kostua handiagoa.
Lurrun-deposizio kimikoa (CVD):
Gaur egun, CVD da substratuaren gainazalean SiC estaldura prestatzeko teknologia nagusia. Prozesu nagusia erreaktibo gas-faseko materialaren substratuaren gainazalean gertatzen diren erreakzio fisiko eta kimikoen serie bat da, eta azkenik, SiC estaldura substratuaren gainazalean deposizioz prestatzen da. CVD teknologiaren bidez prestatutako SiC estaldura substratuaren gainazalari estu lotuta dago, eta horrek substratuaren materialaren oxidazio-erresistentzia eta ablatibo-erresistentzia eraginkortasunez hobetu ditzake, baina metodo honen deposizio-denbora luzeagoa da, eta erreakzio-gasak gas toxiko jakin bat du.
SiC estalitako grafito oinarriaren merkatu egoera
Atzerriko fabrikatzaileek goiz hasi zirenean, lidergo argia eta merkatu-kuota handia zuten. Nazioartean, SiC estalitako grafito-oinarriaren hornitzaile nagusiak Herbehereetako Xycard, Alemaniako SGL Carbon (SGL), Japoniako Toyo Carbon, Estatu Batuetako MEMC eta beste enpresa batzuk dira, eta funtsean nazioarteko merkatua hartzen dute. Txinak grafito-matrizean SiC estalduraren hazkunde uniformearen oinarrizko teknologia hautsi badu ere, kalitate handiko grafito-matrizak oraindik ere Alemaniako SGL, Japoniako Toyo Carbon eta beste enpresa batzuen menpe daude, baina bertako enpresek ematen duten grafito-matrizak bizitza erabilgarrian eragina du eroankortasun termikoaren, elastikotasun-moduluaren, zurruntasun-moduluaren, sare-akatsen eta beste kalitate-arazo batzuen ondorioz. MOCVD ekipamenduak ezin ditu bete SiC estalitako grafito-oinarria erabiltzeko baldintzak.
Txinako erdieroaleen industria azkar garatzen ari da, MOCVD epitaxial ekipamenduen lokalizazio-tasa pixkanaka handitzen ari den heinean, eta beste prozesu-aplikazio batzuen hedapenarekin, etorkizuneko SiC estalitako grafito-oinarrizko produktuen merkatua azkar haziko dela espero da. Industriaren hasierako kalkuluen arabera, grafito-oinarrizko merkatu nazionalak 500 milioi yuan gaindituko ditu datozen urteetan.
SiC estalitako grafito-oinarria konposatu erdieroaleen industrializazio-ekipoen osagai nagusia da, bere ekoizpen eta fabrikazioaren oinarrizko teknologia menperatzea eta lehengaien-prozesu-ekipoen industria-kate osoaren lokalizazioa gauzatzea oso garrantzitsua da Txinako erdieroaleen industriaren garapena bermatzeko. Bertako SiC estalitako grafito-oinarriaren arloa goraka doa, eta produktuaren kalitatea laster nazioarteko maila aurreratura irits daiteke.
Argitaratze data: 2023ko uztailak 24