સેમિકન્ડક્ટર ભાગો - SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝ

SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે મેટલ-ઓર્ગેનિક કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (MOCVD) સાધનોમાં સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટને ટેકો આપવા અને ગરમ કરવા માટે થાય છે. SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝની થર્મલ સ્થિરતા, થર્મલ એકરૂપતા અને અન્ય પ્રદર્શન પરિમાણો એપિટેક્સિયલ સામગ્રી વૃદ્ધિની ગુણવત્તામાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે, તેથી તે MOCVD સાધનોનો મુખ્ય મુખ્ય ઘટક છે.

વેફર ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, ઉપકરણોના ઉત્પાદનને સરળ બનાવવા માટે કેટલાક વેફર સબસ્ટ્રેટ્સ પર એપિટેક્સિયલ સ્તરો વધુ બનાવવામાં આવે છે. લાક્ષણિક LED પ્રકાશ ઉત્સર્જન કરતા ઉપકરણોને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ્સ પર GaAs ના એપિટેક્સિયલ સ્તરો તૈયાર કરવાની જરૂર પડે છે; SBD, MOSFET, વગેરે જેવા ઉપકરણોના નિર્માણ માટે SiC એપિટેક્સિયલ સ્તર વાહક SiC સબસ્ટ્રેટ પર ઉગાડવામાં આવે છે, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ, ઉચ્ચ પ્રવાહ અને અન્ય પાવર એપ્લિકેશનો માટે; GaN એપિટેક્સિયલ સ્તર અર્ધ-ઇન્સ્યુલેટેડ SiC સબસ્ટ્રેટ પર બનાવવામાં આવે છે જેથી HEMT અને RF એપ્લિકેશનો જેમ કે સંદેશાવ્યવહાર માટે અન્ય ઉપકરણોનું વધુ નિર્માણ થાય. આ પ્રક્રિયા CVD સાધનોથી અવિભાજ્ય છે.

CVD સાધનોમાં, સબસ્ટ્રેટને સીધા ધાતુ પર મૂકી શકાતો નથી અથવા ફક્ત એપિટેક્સિયલ ડિપોઝિશન માટે બેઝ પર મૂકી શકાતો નથી, કારણ કે તેમાં ગેસ પ્રવાહ (આડી, ઊભી), તાપમાન, દબાણ, ફિક્સેશન, પ્રદૂષકોનું શેડિંગ અને પ્રભાવ પરિબળોના અન્ય પાસાઓનો સમાવેશ થાય છે. તેથી, એક બેઝની જરૂર પડે છે, અને પછી સબસ્ટ્રેટને ડિસ્ક પર મૂકવામાં આવે છે, અને પછી CVD ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને સબસ્ટ્રેટ પર એપિટેક્સિયલ ડિપોઝિશન હાથ ધરવામાં આવે છે, અને આ બેઝ SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝ (જેને ટ્રે તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) છે.

SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે મેટલ-ઓર્ગેનિક કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (MOCVD) સાધનોમાં સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટને ટેકો આપવા અને ગરમ કરવા માટે થાય છે. SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝની થર્મલ સ્થિરતા, થર્મલ એકરૂપતા અને અન્ય પ્રદર્શન પરિમાણો એપિટેક્સિયલ સામગ્રી વૃદ્ધિની ગુણવત્તામાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે, તેથી તે MOCVD સાધનોનો મુખ્ય મુખ્ય ઘટક છે.

વાદળી LED માં GaN ફિલ્મોના એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ માટે મેટલ-ઓર્ગેનિક કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (MOCVD) એ મુખ્ય પ્રવાહની ટેકનોલોજી છે. તેમાં સરળ કામગીરી, નિયંત્રિત વૃદ્ધિ દર અને GaN ફિલ્મોની ઉચ્ચ શુદ્ધતાના ફાયદા છે. MOCVD સાધનોના પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક તરીકે, GaN ફિલ્મ એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા બેરિંગ બેઝમાં ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર, સમાન થર્મલ વાહકતા, સારી રાસાયણિક સ્થિરતા, મજબૂત થર્મલ શોક પ્રતિકાર, વગેરેના ફાયદા હોવા જોઈએ. ગ્રેફાઇટ સામગ્રી ઉપરોક્ત શરતોને પૂર્ણ કરી શકે છે.

MOCVD સાધનોના મુખ્ય ઘટકોમાંના એક તરીકે, ગ્રેફાઇટ બેઝ એ સબસ્ટ્રેટનું વાહક અને ગરમીનું શરીર છે, જે ફિલ્મ સામગ્રીની એકરૂપતા અને શુદ્ધતા સીધી રીતે નક્કી કરે છે, તેથી તેની ગુણવત્તા એપિટેક્સિયલ શીટની તૈયારીને સીધી અસર કરે છે, અને તે જ સમયે, ઉપયોગોની સંખ્યામાં વધારો અને કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓમાં ફેરફાર સાથે, તે પહેરવામાં ખૂબ જ સરળ છે, જે ઉપભોક્તા વસ્તુઓનો ભાગ છે.

ગ્રેફાઇટમાં ઉત્તમ થર્મલ વાહકતા અને સ્થિરતા હોવા છતાં, MOCVD સાધનોના બેઝ ઘટક તરીકે તેનો સારો ફાયદો છે, પરંતુ ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, કાટ લાગતા વાયુઓ અને ધાતુના કાર્બનિક પદાર્થોના અવશેષોને કારણે ગ્રેફાઇટ પાવડરને કાટ લાગશે, અને ગ્રેફાઇટ બેઝનું સર્વિસ લાઇફ ઘણું ઓછું થશે. તે જ સમયે, પડતો ગ્રેફાઇટ પાવડર ચિપને પ્રદૂષિત કરશે.

કોટિંગ ટેકનોલોજીનો ઉદભવ સપાટી પાવડર ફિક્સેશન પ્રદાન કરી શકે છે, થર્મલ વાહકતા વધારી શકે છે અને ગરમી વિતરણને સમાન બનાવી શકે છે, જે આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટેની મુખ્ય ટેકનોલોજી બની ગઈ છે. MOCVD સાધનોના ઉપયોગના વાતાવરણમાં ગ્રેફાઇટ બેઝ, ગ્રેફાઇટ બેઝ સપાટી કોટિંગ નીચેની લાક્ષણિકતાઓને પૂર્ણ કરે છે:

(૧) ગ્રેફાઇટ બેઝને સંપૂર્ણપણે વીંટાળી શકાય છે, અને તેની ઘનતા સારી છે, નહીં તો ગ્રેફાઇટ બેઝ કાટ લાગતા ગેસમાં સરળતાથી કાટ લાગી શકે છે.

(2) ગ્રેફાઇટ બેઝ સાથે સંયોજન શક્તિ ઊંચી હોય છે જેથી ખાતરી થાય કે કોટિંગ ઘણા ઊંચા તાપમાન અને નીચા તાપમાન ચક્ર પછી સરળતાથી પડી ન જાય.

(૩) તેમાં સારી રાસાયણિક સ્થિરતા છે જે ઉચ્ચ તાપમાન અને કાટ લાગતા વાતાવરણમાં કોટિંગની નિષ્ફળતાને ટાળે છે.

SiC માં કાટ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, થર્મલ શોક પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ રાસાયણિક સ્થિરતાના ફાયદા છે, અને તે GaN એપિટેક્સિયલ વાતાવરણમાં સારી રીતે કાર્ય કરી શકે છે. વધુમાં, SiC નો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક ગ્રેફાઇટ કરતા ખૂબ જ ઓછો અલગ છે, તેથી ગ્રેફાઇટ બેઝના સપાટી કોટિંગ માટે SiC પસંદગીની સામગ્રી છે.

હાલમાં, સામાન્ય SiC મુખ્યત્વે 3C, 4H અને 6H પ્રકારનું છે, અને વિવિધ સ્ફટિક પ્રકારોના SiC ઉપયોગો અલગ અલગ છે. ઉદાહરણ તરીકે, 4H-SiC ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ઉપકરણોનું ઉત્પાદન કરી શકે છે; 6H-SiC સૌથી સ્થિર છે અને ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણોનું ઉત્પાદન કરી શકે છે; GaN જેવી જ રચનાને કારણે, 3C-SiC નો ઉપયોગ GaN એપિટેક્સિયલ સ્તર બનાવવા અને SiC-GaN RF ઉપકરણો બનાવવા માટે થઈ શકે છે. 3C-SiC ને સામાન્ય રીતે β-SiC તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, અને β-SiC નો એક મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગ ફિલ્મ અને કોટિંગ સામગ્રી તરીકે થાય છે, તેથી β-SiC હાલમાં કોટિંગ માટે મુખ્ય સામગ્રી છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ તૈયાર કરવાની પદ્ધતિ

હાલમાં, SiC કોટિંગની તૈયારી પદ્ધતિઓમાં મુખ્યત્વે જેલ-સોલ પદ્ધતિ, એમ્બેડિંગ પદ્ધતિ, બ્રશ કોટિંગ પદ્ધતિ, પ્લાઝ્મા સ્પ્રેઇંગ પદ્ધતિ, રાસાયણિક ગેસ પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ (CVR) અને રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ પદ્ધતિ (CVD) નો સમાવેશ થાય છે.

એમ્બેડિંગ પદ્ધતિ:

આ પદ્ધતિ એક પ્રકારનું ઉચ્ચ તાપમાન સોલિડ ફેઝ સિન્ટરિંગ છે, જેમાં મુખ્યત્વે Si પાવડર અને C પાવડરના મિશ્રણનો ઉપયોગ એમ્બેડિંગ પાવડર તરીકે થાય છે, ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સ એમ્બેડિંગ પાવડરમાં મૂકવામાં આવે છે, અને ઉચ્ચ તાપમાન સિન્ટરિંગ નિષ્ક્રિય ગેસમાં કરવામાં આવે છે, અને અંતે SiC કોટિંગ ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સની સપાટી પર મેળવવામાં આવે છે. પ્રક્રિયા સરળ છે અને કોટિંગ અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેનું સંયોજન સારું છે, પરંતુ જાડાઈની દિશામાં કોટિંગની એકરૂપતા નબળી છે, જે વધુ છિદ્રો ઉત્પન્ન કરવાનું સરળ છે અને નબળા ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર તરફ દોરી જાય છે.

બ્રશ કોટિંગ પદ્ધતિ:

બ્રશ કોટિંગ પદ્ધતિ મુખ્યત્વે ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સની સપાટી પર પ્રવાહી કાચા માલને બ્રશ કરવાની છે, અને પછી કોટિંગ તૈયાર કરવા માટે ચોક્કસ તાપમાને કાચા માલને મટાડવામાં આવે છે. પ્રક્રિયા સરળ છે અને ખર્ચ ઓછો છે, પરંતુ બ્રશ કોટિંગ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ સાથે સંયોજનમાં નબળું છે, કોટિંગ એકરૂપતા નબળી છે, કોટિંગ પાતળું છે અને ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર ઓછો છે, અને તેને મદદ કરવા માટે અન્ય પદ્ધતિઓની જરૂર છે.

પ્લાઝ્મા છંટકાવ પદ્ધતિ:

પ્લાઝ્મા છંટકાવ પદ્ધતિ મુખ્યત્વે પ્લાઝ્મા ગન વડે ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સની સપાટી પર ઓગળેલા અથવા અર્ધ-પીગળેલા કાચા માલનો છંટકાવ કરવાની છે, અને પછી કોટિંગ બનાવવા માટે ઘન અને બંધનકર્તા છે. આ પદ્ધતિ ચલાવવા માટે સરળ છે અને પ્રમાણમાં ગાઢ સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ તૈયાર કરી શકે છે, પરંતુ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ ઘણીવાર ખૂબ નબળું હોય છે અને નબળા ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર તરફ દોરી જાય છે, તેથી તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે કોટિંગની ગુણવત્તા સુધારવા માટે SiC કમ્પોઝિટ કોટિંગની તૈયારી માટે થાય છે.

જેલ-સોલ પદ્ધતિ:

જેલ-સોલ પદ્ધતિ મુખ્યત્વે મેટ્રિક્સની સપાટીને આવરી લેતું એક સમાન અને પારદર્શક સોલ સોલ્યુશન તૈયાર કરવાની છે, તેને જેલમાં સૂકવીને કોટિંગ મેળવવા માટે સિન્ટર કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિ ચલાવવા માટે સરળ અને ઓછી કિંમતની છે, પરંતુ ઉત્પાદિત કોટિંગમાં કેટલીક ખામીઓ છે જેમ કે ઓછી થર્મલ શોક પ્રતિકાર અને સરળ ક્રેકીંગ, તેથી તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરી શકાતો નથી.

રાસાયણિક વાયુ પ્રતિક્રિયા (CVR) :

CVR મુખ્યત્વે Si અને SiO2 પાવડરનો ઉપયોગ કરીને SiC કોટિંગ ઉત્પન્ન કરે છે જેથી ઉચ્ચ તાપમાને SiO વરાળ ઉત્પન્ન થાય છે, અને C મટીરીયલ સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર શ્રેણીબદ્ધ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. આ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ SiC કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલું હોય છે, પરંતુ પ્રતિક્રિયા તાપમાન વધારે હોય છે અને કિંમત વધારે હોય છે.

રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (CVD):

હાલમાં, સબસ્ટ્રેટ સપાટી પર SiC કોટિંગ તૈયાર કરવા માટે CVD મુખ્ય ટેકનોલોજી છે. મુખ્ય પ્રક્રિયા સબસ્ટ્રેટ સપાટી પર ગેસ ફેઝ રિએક્ટન્ટ સામગ્રીની ભૌતિક અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી છે, અને અંતે SiC કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ સપાટી પર ડિપોઝિશન દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. CVD ટેકનોલોજી દ્વારા તૈયાર કરાયેલ SiC કોટિંગ સબસ્ટ્રેટની સપાટી સાથે ગાઢ રીતે બંધાયેલ છે, જે સબસ્ટ્રેટ સામગ્રીના ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર અને એબ્લેટિવ પ્રતિકારને અસરકારક રીતે સુધારી શકે છે, પરંતુ આ પદ્ધતિનો ડિપોઝિશન સમય લાંબો છે, અને પ્રતિક્રિયા ગેસમાં ચોક્કસ ઝેરી ગેસ હોય છે.

SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝની બજાર સ્થિતિ

જ્યારે વિદેશી ઉત્પાદકોએ શરૂઆતમાં શરૂઆત કરી, ત્યારે તેમની પાસે સ્પષ્ટ લીડ અને ઉચ્ચ બજાર હિસ્સો હતો. આંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરે, SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝના મુખ્ય સપ્લાયર્સ ડચ Xycard, જર્મની SGL કાર્બન (SGL), જાપાન ટોયો કાર્બન, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ MEMC અને અન્ય કંપનીઓ છે, જે મૂળભૂત રીતે આંતરરાષ્ટ્રીય બજાર પર કબજો કરે છે. જોકે ચીને ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સની સપાટી પર SiC કોટિંગના સમાન વિકાસની મુખ્ય કોર ટેકનોલોજીનો ભંગ કર્યો છે, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સ હજુ પણ જર્મન SGL, જાપાન ટોયો કાર્બન અને અન્ય સાહસો પર આધાર રાખે છે, સ્થાનિક સાહસો દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સ થર્મલ વાહકતા, સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, કઠોર મોડ્યુલસ, જાળી ખામીઓ અને અન્ય ગુણવત્તા સમસ્યાઓને કારણે સેવા જીવનને અસર કરે છે. MOCVD સાધનો SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝના ઉપયોગની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતા નથી.

ચીનનો સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ ઝડપથી વિકાસ પામી રહ્યો છે, MOCVD એપિટેક્સિયલ સાધનોના સ્થાનિકીકરણ દરમાં ધીમે ધીમે વધારો અને અન્ય પ્રક્રિયા એપ્લિકેશનોના વિસ્તરણ સાથે, ભવિષ્યના SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝ પ્રોડક્ટ માર્કેટમાં ઝડપથી વૃદ્ધિ થવાની ધારણા છે. પ્રારંભિક ઉદ્યોગ અંદાજ મુજબ, આગામી થોડા વર્ષોમાં સ્થાનિક ગ્રેફાઇટ બેઝ માર્કેટ 500 મિલિયન યુઆનને વટાવી જશે.

SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝ એ કમ્પાઉન્ડ સેમિકન્ડક્ટર ઔદ્યોગિકીકરણ સાધનોનો મુખ્ય ઘટક છે, તેના ઉત્પાદન અને ઉત્પાદનની મુખ્ય કોર ટેકનોલોજીમાં નિપુણતા મેળવવી, અને સમગ્ર કાચા માલ-પ્રક્રિયા-ઉપકરણ ઉદ્યોગ શૃંખલાનું સ્થાનિકીકરણ સાકાર કરવું એ ચીનના સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના વિકાસને સુનિશ્ચિત કરવા માટે ખૂબ જ વ્યૂહાત્મક મહત્વ ધરાવે છે. સ્થાનિક SiC કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝનું ક્ષેત્ર તેજીમાં છે, અને ઉત્પાદનની ગુણવત્તા ટૂંક સમયમાં આંતરરાષ્ટ્રીય અદ્યતન સ્તરે પહોંચી શકે છે.