قطعات نیمه هادی - پایه گرافیتی روکش شده با SiC

پایه‌های گرافیتی روکش‌شده با SiC معمولاً برای پشتیبانی و گرم کردن زیرلایه‌های تک کریستالی در تجهیزات رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی (MOCVD) استفاده می‌شوند. پایداری حرارتی، یکنواختی حرارتی و سایر پارامترهای عملکرد پایه گرافیتی روکش‌شده با SiC نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت رشد مواد اپیتاکسیال دارند، بنابراین جزء اصلی و کلیدی تجهیزات MOCVD است.

در فرآیند ساخت ویفر، لایه‌های اپیتاکسیال بیشتر روی برخی از زیرلایه‌های ویفر ساخته می‌شوند تا ساخت دستگاه‌ها را تسهیل کنند. دستگاه‌های ساطع‌کننده نور LED معمولی نیاز به تهیه لایه‌های اپیتاکسیال GaAs روی زیرلایه‌های سیلیکونی دارند. لایه اپیتاکسیال SiC برای ساخت دستگاه‌هایی مانند SBD، MOSFET و غیره برای ولتاژ بالا، جریان بالا و سایر کاربردهای توان، روی زیرلایه SiC رسانا رشد داده می‌شود. لایه اپیتاکسیال GaN روی زیرلایه SiC نیمه عایق ساخته می‌شود تا HEMT و سایر دستگاه‌ها را برای کاربردهای RF مانند ارتباطات بیشتر بسازد. این فرآیند از تجهیزات CVD جدایی‌ناپذیر است.

در تجهیزات CVD، زیرلایه را نمی‌توان مستقیماً روی فلز قرار داد یا به سادگی برای رسوب اپیتاکسیال روی یک پایه قرار داد، زیرا جریان گاز (افقی، عمودی)، دما، فشار، تثبیت، ریزش آلاینده‌ها و سایر جنبه‌های عوامل تأثیرگذار را درگیر می‌کند. بنابراین، لازم است از یک پایه استفاده شود و سپس زیرلایه روی دیسک قرار گیرد و سپس با استفاده از فناوری CVD، رسوب اپیتاکسیال روی زیرلایه، که پایه گرافیتی روکش شده با SiC (که به عنوان سینی نیز شناخته می‌شود) است، انجام شود.

پایه‌های گرافیتی روکش‌شده با SiC معمولاً برای پشتیبانی و گرم کردن زیرلایه‌های تک کریستالی در تجهیزات رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی (MOCVD) استفاده می‌شوند. پایداری حرارتی، یکنواختی حرارتی و سایر پارامترهای عملکرد پایه گرافیتی روکش‌شده با SiC نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت رشد مواد اپیتاکسیال دارند، بنابراین جزء اصلی و کلیدی تجهیزات MOCVD است.

رسوب شیمیایی بخار فلز-آلی (MOCVD) فناوری اصلی برای رشد اپیتاکسیال لایه‌های GaN در LED آبی است. این فناوری مزایای عملکرد ساده، سرعت رشد قابل کنترل و خلوص بالای لایه‌های GaN را دارد. به عنوان یک جزء مهم در محفظه واکنش تجهیزات MOCVD، پایه یاتاقان مورد استفاده برای رشد اپیتاکسیال لایه GaN باید مزایای مقاومت در برابر دمای بالا، رسانایی حرارتی یکنواخت، پایداری شیمیایی خوب، مقاومت در برابر شوک حرارتی قوی و غیره را داشته باشد. مواد گرافیتی می‌توانند شرایط فوق را برآورده کنند.

به عنوان یکی از اجزای اصلی تجهیزات MOCVD، پایه گرافیتی حامل و بدنه گرمایشی زیرلایه است که به طور مستقیم یکنواختی و خلوص مواد فیلم را تعیین می‌کند، بنابراین کیفیت آن به طور مستقیم بر تهیه ورق اپیتاکسیال تأثیر می‌گذارد و در عین حال، با افزایش تعداد استفاده‌ها و تغییر شرایط کار، پوشیدن آن بسیار آسان است و جزو مواد مصرفی محسوب می‌شود.

اگرچه گرافیت از رسانایی حرارتی و پایداری عالی برخوردار است، اما به عنوان جزء اصلی تجهیزات MOCVD از مزیت خوبی برخوردار است، اما در فرآیند تولید، گرافیت به دلیل باقی ماندن گازهای خورنده و مواد آلی فلزی، پودر را خورده و عمر مفید پایه گرافیت را به شدت کاهش می‌دهد. در عین حال، ریزش پودر گرافیت باعث آلودگی تراشه می‌شود.

ظهور فناوری پوشش‌دهی می‌تواند تثبیت پودر سطحی، افزایش رسانایی حرارتی و توزیع یکنواخت گرما را فراهم کند که به فناوری اصلی برای حل این مشکل تبدیل شده است. پوشش سطحی پایه گرافیتی در تجهیزات MOCVD باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:

(1) پایه گرافیتی را می‌توان به طور کامل پیچید و چگالی آن خوب است، در غیر این صورت پایه گرافیتی به راحتی در گاز خورنده خورده می‌شود.

(2) استحکام ترکیبی با پایه گرافیتی بالا است تا اطمینان حاصل شود که پوشش پس از چندین چرخه دمای بالا و دمای پایین به راحتی از بین نمی‌رود.

(3) پایداری شیمیایی خوبی دارد تا از خرابی پوشش در دمای بالا و جو خورنده جلوگیری کند.

SiC مزایای مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی حرارتی بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری شیمیایی بالا را دارد و می‌تواند در اتمسفر اپیتاکسیال GaN به خوبی کار کند. علاوه بر این، ضریب انبساط حرارتی SiC با گرافیت تفاوت بسیار کمی دارد، بنابراین SiC ماده ترجیحی برای پوشش سطح پایه گرافیت است.

در حال حاضر، SiC رایج عمدتاً از نوع 3C، 4H و 6H است و کاربردهای SiC در انواع مختلف کریستال متفاوت است. به عنوان مثال، 4H-SiC می‌تواند دستگاه‌های پرقدرت تولید کند؛ 6H-SiC پایدارترین است و می‌تواند دستگاه‌های فوتوالکتریک تولید کند؛ به دلیل ساختار مشابه آن با GaN، 3C-SiC می‌تواند برای تولید لایه اپیتکسیال GaN و ساخت دستگاه‌های RF SiC-GaN استفاده شود. 3C-SiC همچنین معمولاً با نام β-SiC شناخته می‌شود و یکی از کاربردهای مهم β-SiC به عنوان ماده فیلم و پوشش است، بنابراین β-SiC در حال حاضر ماده اصلی برای پوشش است.