એપિટેક્સિયલ સ્તર એ એક ચોક્કસ સિંગલ-સ્ફટિક પાતળી ફિલ્મ છે જે વેફર સબસ્ટ્રેટ પર એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દ્વારા ઉગાડવામાં આવે છે; સબસ્ટ્રેટ વેફર અને એપિટેક્સિયલ ફિલ્મને સામૂહિક રીતે એપિટેક્સિયલ વેફર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આમાં, વાહક સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ પર સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તર ઉગાડવાથી એક સમાન સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ વેફર ઉત્પન્ન થાય છે, જેને સ્કોટ્કી ડાયોડ્સ, MOSFETs અને IGBTs જેવા પાવર ઉપકરણોમાં વધુ ફેબ્રિકેટ કરી શકાય છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતો સબસ્ટ્રેટ પ્રકાર 4H-SiC સબસ્ટ્રેટ છે.
લગભગ બધા જ ઉપકરણો એપિટેક્સિયલ સ્તરો પર બનાવવામાં આવતા હોવાથી, એપિટેક્સિયલ સ્તરની ગુણવત્તા ઉપકરણના પ્રદર્શન પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. જો કે, એપિટેક્સિયલ સ્તરની ગુણવત્તા ક્રિસ્ટલ અને સબસ્ટ્રેટ પ્રોસેસિંગથી પ્રભાવિત થાય છે, જે તેને ઉદ્યોગમાં એક મહત્વપૂર્ણ તબક્કે મૂકે છે અને તેના વિકાસમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે.
સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તરો તૈયાર કરવા માટેની પ્રાથમિક પદ્ધતિઓમાં શામેલ છે: વરાળ નિક્ષેપ; પ્રવાહી તબક્કો એપિટાક્સી (LPE); મોલેક્યુલર બીમ એપિટાક્સી (MBE); અને રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (CVD). આમાંથી, 4H-SiC સજાતીય એપિટાક્સી માટે રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (CVD) સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે. 4H-SiC CVD એપિટાક્સી સામાન્ય રીતે CVD સાધનોનો ઉપયોગ કરે છે, જે ઉચ્ચ વૃદ્ધિ તાપમાન હેઠળ 4H-SiC સ્ફટિક માળખાની સાતત્યતા સુનિશ્ચિત કરે છે.
CVD સાધનોમાં, સબસ્ટ્રેટને સીધી ધાતુની સપાટી પર મૂકી શકાતું નથી અથવા ફક્ત એપિટેક્સિયલ ડિપોઝિશન માટે બેઝ પર મૂકી શકાતું નથી, કારણ કે તેમાં ગેસ પ્રવાહની દિશા (આડી, ઊભી), તાપમાન, દબાણ, ફિક્સેશન અને શેડિંગ કણોથી દૂષણ જેવા વિવિધ પ્રભાવિત પરિબળોનો સમાવેશ થાય છે. તેથી, સપોર્ટ બેઝ જરૂરી છે; સબસ્ટ્રેટને ટ્રે પર મૂકવામાં આવે છે, અને પછી CVD ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને સબસ્ટ્રેટ પર એપિટેક્સિયલ ડિપોઝિશન કરવામાં આવે છે. આ સપોર્ટ બેઝ SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ બેઝ છે.
મુખ્ય ઘટક તરીકે, ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટમાં ઉચ્ચ ચોક્કસ શક્તિ અને ચોક્કસ મોડ્યુલસ, તેમજ સારા થર્મલ આંચકા અને કાટ પ્રતિકારનો સમાવેશ થાય છે. જો કે, ઉત્પાદન દરમિયાન, કાટ લાગતા વાયુઓ અને અવશેષ ઓર્ગેનોમેટાલિક સંયોજનોને કારણે ગ્રેફાઇટ કાટ અને પાવડર શેડિંગને આધિન હોય છે, જે સબસ્ટ્રેટની સેવા જીવનને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. તે જ સમયે, શેડ ગ્રેફાઇટ પાવડર ચિપ્સને દૂષિત કરી શકે છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ વેફર્સના ઉત્પાદનમાં, ગ્રેફાઇટ સામગ્રી માટેની વધુને વધુ કડક જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવી વધુને વધુ મુશ્કેલ બની ગઈ છે, જે તેમના વિકાસ અને વ્યવહારિક ઉપયોગને ગંભીર રીતે મર્યાદિત કરે છે. પરિણામે,કોટિંગ ટેકનોલોજીઉકેલ તરીકે ઉભરી આવ્યું છે.
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં SiC કોટિંગ્સના ફાયદા
કોટિંગ્સના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો ઉચ્ચ-તાપમાન અને કાટ પ્રતિકાર માટે કડક આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે, કારણ કે આ ઉત્પાદનની ઉપજ અને આયુષ્યને સીધી અસર કરે છે. SiC સામગ્રીમાં ઉચ્ચ શક્તિ, ઉચ્ચ કઠિનતા, થર્મલ વિસ્તરણનો ઓછો ગુણાંક અને ઉત્તમ થર્મલ વાહકતા હોય છે, જે તેને એક મહત્વપૂર્ણ ઉચ્ચ-તાપમાન માળખાકીય અને સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી બનાવે છે. ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટ પર લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે, તેના ફાયદાઓમાં શામેલ છે:
૧) SiC કાટ પ્રતિરોધક છે અને ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટને સંપૂર્ણપણે સમાવી શકે છે. તેની ઊંચી ઘનતા કાટ લાગતા વાયુઓથી થતા નુકસાનને અટકાવે છે.
2) SiC માં ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટ સાથે મજબૂત બંધન શક્તિ છે, જે ખાતરી કરે છે કે વારંવાર ઉચ્ચ-નીચું તાપમાન ચક્ર પછી પણ કોટિંગ અકબંધ રહે છે.
૩) SiC ઉત્તમ રાસાયણિક સ્થિરતા ધરાવે છે, જે ઉચ્ચ-તાપમાન, કાટ લાગતા વાતાવરણમાં કોટિંગ નિષ્ફળતાને અટકાવે છે.
વધુમાં, વિવિધ સામગ્રીથી બનેલા એપિટેક્સિયલ ભઠ્ઠીઓને ચોક્કસ કામગીરી સ્પષ્ટીકરણો સાથે ગ્રેફાઇટ ટ્રેની જરૂર પડે છે. ગ્રેફાઇટ સામગ્રીનો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક એપિટેક્સિયલ ભઠ્ઠીના વૃદ્ધિ તાપમાન સાથે સુસંગત હોવો જોઈએ. ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિ માટે વૃદ્ધિ તાપમાન ઊંચું હોવાથી, ઉચ્ચ ડિગ્રી થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક મેચિંગ ધરાવતી ટ્રે જરૂરી છે. SiC નો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક ગ્રેફાઇટ કરતા ખૂબ જ ઓછો અલગ છે, જે તેને ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટની સપાટીને કોટિંગ કરવા માટે પસંદગીની સામગ્રી બનાવે છે.
SiC બહુવિધ સ્ફટિક સ્વરૂપોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જેમાં હાલમાં સૌથી સામાન્ય 3C, 4H અને 6H પ્રકારો છે, દરેક વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે સેવા આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 4H-SiC નો ઉપયોગ ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે થાય છે; 6H-SiC સૌથી સ્થિર છે અને તેનો ઉપયોગ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે થાય છે; અને 3C-SiC, GaN સાથે તેની માળખાકીય સમાનતાને કારણે, SiC-GaN RF ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે GaN એપિટેક્સિયલ સ્તરો ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે. 3C-SiC ને સામાન્ય રીતે β-SiC તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. β-SiC નો મુખ્ય ઉપયોગ પાતળા-ફિલ્મ અને કોટિંગ સામગ્રી તરીકે થાય છે; પરિણામે, β-SiC હાલમાં કોટિંગ માટે વપરાતી પ્રાથમિક સામગ્રી છે.
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં સામાન્ય ઉપભોગ્ય તરીકે, SiC કોટિંગ્સનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે સબસ્ટ્રેટ તૈયારી, એપિટાક્સી, ઓક્સિડેશન અને પ્રસરણ, એચિંગ અને આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન જેવી પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે. કોટિંગના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિકાર અને કાટ પ્રતિકાર માટે કડક આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે, કારણ કે આ ઉત્પાદન ઉપજ અને આયુષ્યને સીધી અસર કરે છે. પરિણામે, SiC કોટિંગ્સની તૈયારી મહત્વપૂર્ણ છે.
સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ્સ તૈયાર કરવાની પ્રક્રિયા
હાલમાં, SiC કોટિંગ્સ તૈયાર કરવા માટેની પ્રાથમિક પદ્ધતિઓમાં સોલ-જેલ પદ્ધતિ, એમ્બેડિંગ પદ્ધતિ, બ્રશ કોટિંગ, પ્લાઝ્મા સ્પ્રેઇંગ, કેમિકલ વેપર રિએક્શન (CVR) અને કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (CVD)નો સમાવેશ થાય છે.
એમ્બેડિંગ પદ્ધતિ
આ પદ્ધતિ ઉચ્ચ-તાપમાન સોલિડ-સ્ટેટ સિન્ટરિંગનો એક પ્રકાર છે. તે મુખ્યત્વે સિલિકોન (Si) પાવડર અને કાર્બન (C) પાવડરના મિશ્રણનો ઉપયોગ એમ્બેડિંગ પાવડર તરીકે કરે છે. ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટને એમ્બેડિંગ પાવડરની અંદર મૂકવામાં આવે છે અને નિષ્ક્રિય ગેસ વાતાવરણમાં ઊંચા તાપમાને સિન્ટર કરવામાં આવે છે, જે આખરે ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર SiC કોટિંગ બનાવે છે. આ પદ્ધતિમાં એક સરળ પ્રક્રિયા અને કોટિંગ અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે સારી સંલગ્નતા છે; જો કે, કોટિંગ જાડાઈની દિશામાં નબળી એકરૂપતા દર્શાવે છે અને અસંખ્ય છિદ્રો વિકસાવવાની સંભાવના ધરાવે છે, જેના પરિણામે ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર ઓછો થાય છે.
બ્રશ કોટિંગ પદ્ધતિ
બ્રશ કોટિંગ પદ્ધતિમાં મુખ્યત્વે ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર પ્રવાહી કાચો માલ લગાવવાનો સમાવેશ થાય છે, ત્યારબાદ કોટિંગ બનાવવા માટે ચોક્કસ તાપમાને સામગ્રીને ક્યોર કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિ સરળ અને ખર્ચ-અસરકારક છે; જો કે, પરિણામી કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ સાથે નબળું સંલગ્નતા, નબળી એકરૂપતા અને ઓછા ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર સાથે પ્રમાણમાં પાતળું હોય છે, જેના કારણે પૂરક પદ્ધતિઓની જરૂર પડે છે.
પ્લાઝ્મા છંટકાવ પદ્ધતિ
પ્લાઝ્મા છંટકાવ પદ્ધતિમાં પ્લાઝ્મા ગનનો ઉપયોગ કરીને ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર પીગળેલા અથવા અર્ધ-પીગળેલા કાચા માલનો છંટકાવ કરવાનો સમાવેશ થાય છે, જે પછી ઘન બને છે અને કોટિંગ બનાવવા માટે બંધાય છે. આ પદ્ધતિ ચલાવવા માટે સરળ છે અને પ્રમાણમાં ગાઢ સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ ઉત્પન્ન કરી શકે છે; જોકે, પરિણામી કોટિંગ ઘણીવાર ખૂબ પાતળા હોય છે, જેના કારણે ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર ઓછો થાય છે. તેથી, કોટિંગની ગુણવત્તા સુધારવા માટે તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે SiC કમ્પોઝિટ કોટિંગની તૈયારીમાં થાય છે.
જેલ-સોલ પદ્ધતિ
જેલ-સોલ પદ્ધતિમાં મુખ્યત્વે સબસ્ટ્રેટ સપાટીને કોટ કરવા માટે એક સમાન, પારદર્શક સોલ સોલ્યુશન તૈયાર કરવાનો સમાવેશ થાય છે. જેલમાં સૂકાયા પછી, સામગ્રીને કોટિંગ બનાવવા માટે સિન્ટર કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિ ચલાવવા માટે સરળ અને પ્રમાણમાં ઓછી કિંમતની છે; જોકે, પરિણામી કોટિંગમાં ઓછી થર્મલ શોક પ્રતિકાર અને તિરાડ પડવાની વૃત્તિ જેવી ખામીઓ હોય છે, જે તેમના વ્યાપક ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે.
રાસાયણિક વરાળ પ્રતિક્રિયા (CVR) પદ્ધતિ
CVR મુખ્યત્વે Si અને SiO₂ પાવડરનો ઉપયોગ ઊંચા તાપમાને SiO₂ વરાળ ઉત્પન્ન કરવા માટે કરે છે, જેનાથી Si સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર શ્રેણીબદ્ધ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે અને SiC કોટિંગ બને છે. આ પદ્ધતિ દ્વારા ઉત્પાદિત SiC કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ સાથે ચુસ્તપણે જોડાય છે; જો કે, પ્રતિક્રિયા તાપમાન ઊંચું હોય છે, અને કિંમત પણ પ્રમાણમાં ઊંચી હોય છે.
રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (CVD)
CVD હાલમાં સબસ્ટ્રેટ સપાટી પર SiC કોટિંગ્સ તૈયાર કરવા માટેની પ્રાથમિક ટેકનોલોજી છે. મુખ્ય પ્રક્રિયામાં વાયુયુક્ત પ્રતિક્રિયાઓ અને સબસ્ટ્રેટ સપાટી વચ્ચે ભૌતિક-રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે, જે આખરે SiC કોટિંગના નિક્ષેપણમાં પરિણમે છે. CVD ટેકનોલોજી દ્વારા ઉત્પાદિત SiC કોટિંગ્સ સબસ્ટ્રેટ સપાટી સાથે ચુસ્તપણે જોડાય છે અને સબસ્ટ્રેટ સામગ્રીના ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર અને નિષ્ક્રિયતા પ્રતિકારને અસરકારક રીતે સુધારી શકે છે; જો કે, આ પદ્ધતિમાં પ્રમાણમાં લાંબો ડિપોઝિશન સમય જરૂરી છે, અને પ્રતિક્રિયા વાયુઓમાં ચોક્કસ ઝેરી ઘટકો હોય છે.
SiC કોટિંગ્સમાં વલણો
સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં SiC કોટિંગ્સનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઉપભોક્તા તરીકે થાય છે, જેમાં કોટિંગ એકરૂપતા, થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક અને થર્મલ વાહકતા સહિતના મુખ્ય પ્રદર્શન માપદંડો શામેલ છે. જ્યારે ચીનમાં SiC કોટિંગ્સની નોંધપાત્ર સ્થાનિક માંગ છે, ત્યારે ટેકનોલોજી અપરિપક્વ રહે છે. વિદેશમાં, ફક્ત એક જ યુએસ કંપની આ ક્ષેત્રમાં કાર્યરત છે, અને તેના ઉત્પાદનો પ્રમાણમાં મોંઘા છે.
ક્રિસ્ટલ બોટએપિટેક્સિયલ ઉત્પાદનમાં ઉપયોગમાં લેવાતી ઉપભોક્તા વસ્તુઓ છે જે SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટને બદલી શકે છે, જોકે બજારનું પ્રમાણ ઓછું છે. આગળ TaC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ છે, જે એકદમ ગ્રેફાઇટ અથવા SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ સારી રાસાયણિક કાટ પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે, પરંતુ તે ખૂબ ખર્ચાળ છે અને હજુ પણ વિકાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં છે. હાલમાં, સ્થાનિક કંપનીઓ જેમ કેલિયુફાંગ સેમિકન્ડક્ટર, સેમિસેરા, અનેવેટેક સેમિકન્ડક્ટરઆ ક્ષેત્રમાં સંશોધન અને વિકાસમાં રોકાયેલા છે.
પોસ્ટ સમય: મે-20-2026