Geruza epitaxiala substratu batean prozesu epitaxial baten bidez hazitako kristal bakarreko film mehe espezifiko bat da; substratuaren oblea eta film epitaxiala batera oblea epitaxial gisa aipatzen dira. Horien artean, silizio karburozko geruza epitaxial bat silizio karburozko substratu eroale batean hazteak silizio karburozko oblea epitaxial homogeneoa sortzen du, eta hori potentzia-gailuetan fabrikatu daiteke, hala nola Schottky diodoetan, MOSFETetan eta IGBTetan. Substratu mota erabiliena 4H-SiC substratua da.
Ia gailu guztiak geruza epitaxialetan fabrikatzen direnez, geruza epitaxialaren kalitateak eragin handia du gailuaren errendimenduan. Hala ere, geruza epitaxialaren kalitatea kristalaren eta substratuaren prozesamenduak eragiten du, industriaren une kritiko batean kokatuz eta bere garapenean funtsezko zeregina betez.
Silizio karburozko epitaxial geruzak prestatzeko metodo nagusiak hauek dira: lurrun-deposizioa; fase likidoko epitaxia (LPE); molekula-sorta epitaxia (MBE); eta lurrun-deposizio kimikoa (CVD). Horien artean, lurrun-deposizio kimikoa (CVD) da 4H-SiC epitaxia homogeneorako gehien erabiltzen den metodoa. 4H-SiC CVD epitaxiak normalean CVD ekipamendua erabiltzen du, eta horrek 4H-SiC kristal-egituraren jarraitutasuna bermatzen du hazkuntza-tenperatura altuetan.
CVD ekipamenduetan, substratua ezin da zuzenean metalezko gainazal batean jarri edo epitaxial deposiziorako oinarri batean jarri besterik gabe, horrek hainbat faktore eragiten baititu, hala nola gasaren fluxuaren norabidea (horizontala, bertikala), tenperatura, presioa, finkapena eta partikulak isurtzearen kutsadura. Beraz, euskarri-oinarri bat behar da; substratua erretilu batean jartzen da, eta ondoren epitaxial deposizioa egiten da substratuan CVD teknologia erabiliz. Euskarri-oinarri hori SiCz estalitako grafito-oinarri bat da.
Osagai nagusi gisa, grafito substratuak erresistentzia espezifiko eta modulu espezifiko handia du, baita kolpe termiko eta korrosioarekiko erresistentzia ona ere. Hala ere, ekoizpenean, grafitoa korrosioaren eta hauts-xaflaren menpe dago gas korrosiboen eta konposatu organometaliko hondarren ondorioz, eta horrek substratuaren bizitza erabilgarria nabarmen murrizten du. Aldi berean, xafla-xaflak txipak kutsa ditzake. Silizio karburozko epitaxial-obleen ekoizpenean, gero eta zailagoa da grafito materialen eskakizun gero eta zorrotzagoak betetzea, eta horrek asko mugatzen du haien garapena eta aplikazio praktikoa. Ondorioz,estaldura-teknologiairtenbide gisa agertu da.
SiC estalduraren abantailak erdieroaleen industrian
Estalduraren propietate fisiko eta kimikoek tenperatura altuko eta korrosioarekiko erresistentzia-eskakizun zorrotzak bete behar dituzte, hauek produktuaren errendimenduan eta iraupenean zuzenean eragiten baitute. SiC materialak erresistentzia handia, gogortasun handia, hedapen termiko-koefiziente baxua eta eroankortasun termiko bikaina ditu, eta horrek tenperatura altuko egitura- eta erdieroale-material kritiko bihurtzen du. Grafito-substratuetan aplikatzean, honako abantaila hauek ditu:
1) SiC korrosioarekiko erresistentea da eta grafito substratua guztiz estali dezake. Bere dentsitate handiak gas korrosiboek eragindako kalteak saihesten ditu.
2) SiC-k eroankortasun termiko handia eta grafito substratuarekiko lotura-indar handia du, estaldura osorik mantentzen dela ziurtatuz tenperatura altuko eta baxuko ziklo errepikatuen ondoren ere.
3) SiC-k egonkortasun kimiko bikaina du, estalduraren akatsa eragotziz tenperatura altuko eta korrosiboko atmosferan.
Gainera, material ezberdinez egindako labe epitaxialek errendimendu-espezifikazio espezifikoak dituzten grafitozko erretiluak behar dituzte. Grafito materialaren hedapen termikoaren koefizientea labe epitaxialaren hazkuntza-tenperaturarekin bateragarria izan behar da. Adibidez, silizio karburoaren epitaxiaren hazkuntza-tenperatura altua denez, hedapen termikoaren koefizientearen parekatze-maila altua duten erretiluak behar dira. SiC-ren hedapen termikoaren koefizientea oso gutxi desberdintzen da grafitoarenarekin alderatuta, eta horrek grafitozko substratuen gainazala estaltzeko material hobetsia bihurtzen du.
SiC kristal forma askotan dago, gaur egun ohikoenak 3C, 4H eta 6H motakoak izanik, bakoitzak aplikazio desberdinak dituena. Adibidez, 4H-SiC potentzia handiko gailuak fabrikatzeko erabiltzen da; 6H-SiC da egonkorrena eta gailu optoelektronikoak fabrikatzeko erabiltzen da; eta 3C-SiC, GaN-rekin duen egitura-antzekotasunagatik, GaN epitaxial geruzak ekoizteko erabiltzen da SiC-GaN RF gailuak fabrikatzeko. 3C-SiC-ri β-SiC ere ezagutzen zaio. β-SiC-ren aplikazio nagusietako bat film mehe eta estaldura-material gisa da; ondorioz, β-SiC da gaur egun estalduretarako erabiltzen den material nagusia.
Erdieroaleen ekoizpenean ohiko kontsumigarri gisa, SiC estaldurak batez ere substratuen prestaketa, epitaxia, oxidazioa eta difusioa, grabatzea eta ioien inplantazioa bezalako prozesuetan erabiltzen dira. Estalduraren propietate fisiko eta kimikoek tenperatura altuko erresistentzia eta korrosioarekiko erresistentzia zorrotzak bete behar dituzte, hauek produktuaren errendimenduan eta iraupenean zuzenean eragiten baitute. Ondorioz, SiC estaldurak prestatzea funtsezkoa da.
Siliziozko karburozko estaldurak prestatzeko prozesua
Gaur egun, SiC estaldurak prestatzeko metodo nagusiak hauek dira: sol-gel metodoa, txertatze metodoa, eskuila estaldura, plasma ihinztadura, erreakzio kimiko lurrunkorra (CVR) eta erreakzio kimiko lurrunkorra (CVD).
Txertatze metodoa
Metodo hau tenperatura altuko sinterizazio solido mota bat da. Batez ere silizio (Si) hauts eta karbono (C) hauts nahasketa bat erabiltzen du txertatze-hauts gisa. Grafito substratu bat jartzen da txertatze-hautsaren barruan eta tenperatura altuetan sinterizatzen da gas geldoaren atmosferan, azkenean SiC estaldura bat sortuz grafito substratuaren gainazalean. Metodo honek prozesu sinplea eta estalduraren eta substratuaren arteko atxikimendu ona ditu; hala ere, estaldurak uniformetasun eskasa erakusten du lodieraren norabidean eta poro ugari garatzeko joera du, eta horrek oxidazio-erresistentzia eskasa eragiten du.
Eskuila estaldura metodoa
Eskuila bidezko estaldura metodoak batez ere grafito substratuaren gainazalean lehengai likidoa aplikatzea dakar, eta ondoren materiala tenperatura jakin batean sendatzea estaldura eratzeko. Metodo hau sinplea eta kostu-eraginkorra da; hala ere, lortzen den estaldurak substratuarekiko atxikimendu ahula, uniformetasun eskasa eta nahiko mehea da, oxidazioarekiko erresistentzia txikiarekin, eta horrek metodo osagarriak behar ditu.
Plasma ihinztadura metodoa
Plasma ihinztadura metodoak plasma pistola bat erabiltzean datza grafito substratuaren gainazalean urtutako edo erdi-urtutako lehengaiak ihinztatzeko, eta ondoren solidotu eta lotu egiten da estaldura bat osatzeko. Metodo hau erabiltzeko erraza da eta silizio karburozko estaldura nahiko trinkoak sor ditzake; hala ere, ondoriozko estaldurak askotan meheegiak dira, eta horrek oxidazioarekiko erresistentzia eskasa eragiten du. Hori dela eta, normalean SiC konposite estaldurak prestatzeko erabiltzen da, estalduraren kalitatea hobetzeko.
Gel-Sol metodoa
Gel-sol metodoak batez ere substratuaren gainazala estaltzeko sol soluzio uniforme eta garden bat prestatzea dakar. Gel bihurtu ondoren, materiala sinterizatzen da estaldura osatzeko. Metodo hau erabiltzeko erraza da eta nahiko merkea; hala ere, lortzen diren estaldurek desabantailak dituzte, hala nola, kolpe termikoarekiko erresistentzia txikia eta pitzatzeko joera, eta horrek haien aplikazio zabala mugatzen du.
Erreakzio Kimiko Lurrungarriaren (CVR) Metodoa
CVR-k batez ere Si eta SiO₂ hautsak erabiltzen ditu SiO₂ lurruna sortzeko tenperatura altuetan, Si substratuaren gainazalean erreakzio kimiko sorta bat eraginez SiC estaldura bat eratzeko. Metodo honek sortutako SiC estaldura substratuari estu lotzen zaio; hala ere, erreakzio-tenperatura altua da, eta kostua ere nahiko altua da.
Lurrun-deposizio kimikoa (CVD)
Gaur egun, CVD da substratuaren gainazalean SiC estaldurak prestatzeko teknologia nagusia. Prozesu nagusiak erreaktibo gaseosoen eta substratuaren gainazalaren arteko erreakzio fisiko-kimiko sorta bat dakar, eta azkenean SiC estaldura baten metaketa lortzen da. CVD teknologiaren bidez sortutako SiC estaldurak substratuaren gainazalera estu lotzen dira eta substratuaren materialaren oxidazio-erresistentzia eta ablazio-erresistentzia hobetu dezakete modu eraginkorrean; hala ere, metodo honek metaketa-denbora nahiko luzea behar du, eta erreakzio-gasek osagai toxiko batzuk dituzte.
SiC estalduren joerak
SiC estaldurak batez ere kontsumigarri gisa erabiltzen dira erdieroaleen fabrikazioan, eta errendimendu-neurri gakoen artean daude estalduraren uniformetasuna, hedapen termikoaren koefizientea eta eroankortasun termikoa. Txinan SiC estalduraren barne-eskaria handia den arren, teknologia oraindik heldugabea da. Atzerrian, AEBetako enpresa bakarra jarduten du arlo honetan, eta haren produktuak nahiko garestiak dira.
Kristalezko itsasontziakepitaxial ekoizpenean erabiltzen diren kontsumigarriak dira, SiC estalitako grafitoa ordezka dezaketenak, nahiz eta merkatu-bolumena txikia izan. Hurrengoa TaC estalitako grafitoa da, grafito hutsak edo SiC estalitako grafitoak baino erresistentzia kimiko hobea eskaintzen duena korrosioarekiko, baina oso garestia da eta oraindik garapen-fase goiztiarretan dago. Gaur egun, etxeko enpresek, hala nolaLiufang erdieroalea, Semicera, etaVetek erdieroaleaarlo honetan I+Gan aritzen dira.
Argitaratze data: 2026ko maiatzaren 20a