As bases de grafito recubertas de SiC úsanse habitualmente para soportar e quentar substratos de monocristalino en equipos de deposición química de vapor metalorgánico (MOCVD). A estabilidade térmica, a uniformidade térmica e outros parámetros de rendemento da base de grafito recuberta de SiC xogan un papel decisivo na calidade do crecemento do material epitaxial, polo que é o compoñente clave central dos equipos MOCVD.
No proceso de fabricación de obleas, constrúense capas epitaxiais sobre algúns substratos de obleas para facilitar a fabricación de dispositivos. Os dispositivos emisores de luz LED típicos necesitan preparar capas epitaxiais de GaAs sobre substratos de silicio; a capa epitaxiais de SiC crécese sobre o substrato condutor de SiC para a construción de dispositivos como SBD, MOSFET, etc., para aplicacións de alta tensión, alta corrente e outras aplicacións de potencia; a capa epitaxiais de GaN constrúese sobre un substrato semiillado de SiC para construír ademais HEMT e outros dispositivos para aplicacións de RF como a comunicación. Este proceso é inseparable dos equipos de CVD.
No equipo de deposición química en fase CVD, o substrato non se pode colocar directamente sobre o metal nin simplemente sobre unha base para a deposición epitaxial, xa que implica o fluxo de gas (horizontal, vertical), a temperatura, a presión, a fixación, a liberación de contaminantes e outros aspectos dos factores de influencia. Polo tanto, necesítase unha base, e despois colócase o substrato no disco, e a continuación realízase a deposición epitaxial sobre o substrato mediante tecnoloxía CVD, e esta base é a base de grafito recuberta de SiC (tamén coñecida como bandexa).
As bases de grafito recubertas de SiC úsanse habitualmente para soportar e quentar substratos de monocristalino en equipos de deposición química de vapor metalorgánico (MOCVD). A estabilidade térmica, a uniformidade térmica e outros parámetros de rendemento da base de grafito recuberta de SiC xogan un papel decisivo na calidade do crecemento do material epitaxial, polo que é o compoñente clave central dos equipos MOCVD.
A deposición química de vapor metalorgánica (MOCVD) é a tecnoloxía principal para o crecemento epitaxial de películas de GaN en LED azuis. Ten as vantaxes dun funcionamento sinxelo, unha taxa de crecemento controlable e unha alta pureza das películas de GaN. Como compoñente importante na cámara de reacción dos equipos MOCVD, a base do rolamento utilizada para o crecemento epitaxial da película de GaN debe ter as vantaxes de resistencia a altas temperaturas, condutividade térmica uniforme, boa estabilidade química, forte resistencia ao choque térmico, etc. O material de grafito pode cumprir as condicións anteriores.
Como un dos compoñentes principais do equipo MOCVD, a base de grafito é o corpo portador e de quecemento do substrato, o que determina directamente a uniformidade e a pureza do material da película, polo que a súa calidade afecta directamente á preparación da folla epitaxial e, ao mesmo tempo, co aumento do número de usos e o cambio das condicións de traballo, é moi fácil de usar, pertencendo aos consumibles.
Aínda que o grafito ten unha excelente condutividade térmica e estabilidade, ten unha boa vantaxe como compoñente base dos equipos MOCVD, pero no proceso de produción, o grafito corroerá o po debido aos residuos de gases corrosivos e compostos orgánicos metálicos, e a vida útil da base de grafito reducirase considerablemente. Ao mesmo tempo, a caída de po de grafito contaminará o chip.
A aparición da tecnoloxía de revestimento pode proporcionar fixación do po superficial, mellorar a condutividade térmica e igualar a distribución da calor, o que se converteu na principal tecnoloxía para resolver este problema. A base de grafito no ambiente de uso de equipos MOCVD, o revestimento superficial de base de grafito debe cumprir as seguintes características:
(1) A base de grafito pódese envolver completamente e a densidade é boa; se non, a base de grafito corroese facilmente co gas corrosivo.
(2) A resistencia combinada coa base de grafito é alta para garantir que o revestimento non se desprenda facilmente despois de varios ciclos de alta e baixa temperatura.
(3) Ten boa estabilidade química para evitar a falla do revestimento a altas temperaturas e atmosferas corrosivas.
O SiC ten as vantaxes da resistencia á corrosión, a alta condutividade térmica, a resistencia ao choque térmico e a alta estabilidade química, e pode funcionar ben en atmosferas epitaxiales de GaN. Ademais, o coeficiente de expansión térmica do SiC difire moi pouco do do grafito, polo que o SiC é o material preferido para o revestimento superficial da base de grafito.
Na actualidade, o SiC común é principalmente dos tipos 3C, 4H e 6H, e os usos do SiC para os diferentes tipos de cristais son diferentes. Por exemplo, o 4H-SiC pode fabricar dispositivos de alta potencia; o 6H-SiC é o máis estable e pode fabricar dispositivos fotoeléctricos; debido á súa estrutura similar á do GaN, o 3C-SiC pódese usar para producir unha capa epitaxial de GaN e fabricar dispositivos RF de SiC-GaN. O 3C-SiC tamén se coñece comunmente como β-SiC, e un uso importante do β-SiC é como película e material de revestimento, polo que o β-SiC é actualmente o principal material para o revestimento.
Método para preparar un revestimento de carburo de silicio
Na actualidade, os métodos de preparación do revestimento de SiC inclúen principalmente o método de xel-sol, o método de incrustación, o método de revestimento con pincel, o método de pulverización por plasma, o método de reacción química gasosa (CVR) e o método de deposición química de vapor (CVD).
Método de incrustación:
O método é un tipo de sinterización en fase sólida a alta temperatura, que usa principalmente a mestura de po de Si e po de C como po de incrustación, a matriz de grafito colócase no po de incrustación e a sinterización a alta temperatura realízase en gas inerte e, finalmente, obtense o revestimento de SiC na superficie da matriz de grafito. O proceso é sinxelo e a combinación entre o revestimento e o substrato é boa, pero a uniformidade do revestimento ao longo da dirección do grosor é deficiente, o que facilita a produción de máis buratos e leva a unha baixa resistencia á oxidación.
Método de revestimento con pincel:
O método de revestimento con cepillo consiste principalmente en aplicar a materia prima líquida con cepillo sobre a superficie da matriz de grafito e, a continuación, curar a materia prima a unha determinada temperatura para preparar o revestimento. O proceso é sinxelo e o custo é baixo, pero o revestimento preparado polo método de revestimento con cepillo é débil en combinación co substrato, a uniformidade do revestimento é deficiente, o revestimento é fino e a resistencia á oxidación é baixa, polo que se necesitan outros métodos para axudalo.
Método de pulverización por plasma:
O método de pulverización por plasma consiste principalmente en pulverizar materias primas fundidas ou semifundidas sobre a superficie da matriz de grafito cunha pistola de plasma, e despois solidificalas e unirse para formar un revestimento. O método é sinxelo de operar e pode preparar un revestimento de carburo de silicio relativamente denso, pero o revestimento de carburo de silicio preparado polo método adoita ser demasiado débil e leva a unha resistencia á oxidación débil, polo que se usa xeralmente para a preparación de revestimentos compostos de SiC para mellorar a calidade do revestimento.
Método de xel-sol:
O método xel-sol consiste principalmente en preparar unha solución de sol uniforme e transparente que cubra a superficie da matriz, secala ata converterse nun xel e logo sinterizala para obter un revestimento. Este método é sinxelo de operar e de baixo custo, pero o revestimento producido ten algunhas deficiencias, como a baixa resistencia ao choque térmico e a facilidade para rachar, polo que non se pode usar amplamente.
Reacción química gasosa (RCV):
O CVR xera principalmente revestimentos de SiC utilizando po de Si e SiO2 para xerar vapor de SiO a alta temperatura, e prodúcense unha serie de reaccións químicas na superficie do substrato de material C. O revestimento de SiC preparado con este método está estreitamente unido ao substrato, pero a temperatura de reacción é maior e o custo é maior.
Deposición química de vapor (CVD):
Na actualidade, a CVD é a principal tecnoloxía para preparar revestimentos de SiC na superficie do substrato. O proceso principal é unha serie de reaccións físicas e químicas do material reactivo en fase gasosa na superficie do substrato e, finalmente, o revestimento de SiC prepárase mediante a deposición na superficie do substrato. O revestimento de SiC preparado pola tecnoloxía CVD está estreitamente unido á superficie do substrato, o que pode mellorar eficazmente a resistencia á oxidación e a resistencia ablativa do material do substrato, pero o tempo de deposición deste método é máis longo e o gas de reacción ten un certo gas tóxico.
A situación do mercado da base de grafito revestida de SiC
Cando os fabricantes estranxeiros comezaron cedo, tiñan unha clara vantaxe e unha alta cota de mercado. A nivel internacional, os principais provedores de base de grafito recuberta de SiC son Xycard holandesa, SGL Carbon (SGL) alemá, Toyo Carbon xaponesa, MEMC estadounidense e outras empresas, que basicamente ocupan o mercado internacional. Aínda que China rompeu coa tecnoloxía central clave do crecemento uniforme do revestimento de SiC na superficie da matriz de grafito, a matriz de grafito de alta calidade aínda depende de SGL alemá, Toyo Carbon xaponesa e outras empresas, a matriz de grafito proporcionada polas empresas nacionais afecta á vida útil debido á condutividade térmica, o módulo elástico, o módulo ríxido, os defectos de rede e outros problemas de calidade. O equipo MOCVD non pode cumprir os requisitos do uso da base de grafito recuberta de SiC.
A industria chinesa de semicondutores está a desenvolverse rapidamente, co aumento gradual da taxa de localización de equipos epitaxiais MOCVD e a expansión doutras aplicacións de procesos, espérase que o futuro mercado de produtos base de grafito revestido de SiC medre rapidamente. Segundo as estimacións preliminares da industria, o mercado nacional de base de grafito superará os 500 millóns de yuans nos próximos anos.
A base de grafito recuberta de SiC é o compoñente central dos equipos de industrialización de semicondutores compostos. Dominar a tecnoloxía básica da súa produción e fabricación e lograr a localización de toda a cadea industrial de materias primas, procesos e equipos é de grande importancia estratéxica para garantir o desenvolvemento da industria de semicondutores da China. O campo da base de grafito recuberta de SiC nacional está en auxe e a calidade do produto pode alcanzar en breve o nivel avanzado internacional.
Data de publicación: 24 de xullo de 2023