अर्धचालक भाग – SiC लेपित ग्रेफाइट आधार

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस का उपयोग आमतौर पर धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD) उपकरणों में एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट को सहारा देने और गर्म करने के लिए किया जाता है। SiC लेपित ग्रेफाइट बेस की थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता और अन्य प्रदर्शन पैरामीटर एपिटैक्सियल सामग्री विकास की गुणवत्ता में निर्णायक भूमिका निभाते हैं, इसलिए यह MOCVD उपकरणों का मुख्य घटक है।

वेफर निर्माण की प्रक्रिया में, उपकरणों के निर्माण को सुविधाजनक बनाने के लिए कुछ वेफर सब्सट्रेट पर एपीटैक्सियल परतों का निर्माण किया जाता है। विशिष्ट एलईडी प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों को सिलिकॉन सब्सट्रेट पर GaAs की एपीटैक्सियल परतों को तैयार करने की आवश्यकता होती है; उच्च वोल्टेज, उच्च धारा और अन्य बिजली अनुप्रयोगों के लिए SBD, MOSFET, आदि जैसे उपकरणों के निर्माण के लिए प्रवाहकीय SiC सब्सट्रेट पर SiC एपीटैक्सियल परत विकसित की जाती है; संचार जैसे RF अनुप्रयोगों के लिए HEMT और अन्य उपकरणों के निर्माण के लिए अर्ध-इन्सुलेटेड SiC सब्सट्रेट पर GaN एपीटैक्सियल परत का निर्माण किया जाता है। यह प्रक्रिया CVD उपकरणों से अविभाज्य है।

CVD उपकरण में, सब्सट्रेट को सीधे धातु पर नहीं रखा जा सकता है या केवल एपिटैक्सियल डिपोजिशन के लिए आधार पर नहीं रखा जा सकता है, क्योंकि इसमें गैस प्रवाह (क्षैतिज, ऊर्ध्वाधर), तापमान, दबाव, निर्धारण, प्रदूषकों का बहाव और प्रभाव कारकों के अन्य पहलू शामिल होते हैं। इसलिए, एक आधार की आवश्यकता होती है, और फिर सब्सट्रेट को डिस्क पर रखा जाता है, और फिर CVD तकनीक का उपयोग करके सब्सट्रेट पर एपिटैक्सियल डिपोजिशन किया जाता है, और यह आधार SiC लेपित ग्रेफाइट बेस (जिसे ट्रे के रूप में भी जाना जाता है) है।

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस का उपयोग आमतौर पर धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD) उपकरणों में एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट को सहारा देने और गर्म करने के लिए किया जाता है। SiC लेपित ग्रेफाइट बेस की थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता और अन्य प्रदर्शन पैरामीटर एपिटैक्सियल सामग्री विकास की गुणवत्ता में निर्णायक भूमिका निभाते हैं, इसलिए यह MOCVD उपकरणों का मुख्य घटक है।

धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD) नीली एलईडी में GaN फिल्मों के एपिटैक्सियल विकास के लिए मुख्यधारा की तकनीक है। इसमें सरल संचालन, नियंत्रणीय विकास दर और GaN फिल्मों की उच्च शुद्धता के फायदे हैं। MOCVD उपकरण के प्रतिक्रिया कक्ष में एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में, GaN फिल्म एपिटैक्सियल विकास के लिए उपयोग किए जाने वाले असर आधार में उच्च तापमान प्रतिरोध, समान तापीय चालकता, अच्छी रासायनिक स्थिरता, मजबूत थर्मल शॉक प्रतिरोध आदि के फायदे होने चाहिए। ग्रेफाइट सामग्री उपरोक्त शर्तों को पूरा कर सकती है।

एमओसीवीडी उपकरण के मुख्य घटकों में से एक के रूप में, ग्रेफाइट बेस सब्सट्रेट का वाहक और हीटिंग बॉडी है, जो सीधे फिल्म सामग्री की एकरूपता और शुद्धता निर्धारित करता है, इसलिए इसकी गुणवत्ता सीधे एपिटैक्सियल शीट की तैयारी को प्रभावित करती है, और साथ ही, उपयोग की संख्या में वृद्धि और कामकाजी परिस्थितियों में परिवर्तन के साथ, उपभोग्य सामग्रियों से संबंधित, पहनना बहुत आसान है।

यद्यपि ग्रेफाइट में उत्कृष्ट तापीय चालकता और स्थिरता है, यह MOCVD उपकरणों के आधार घटक के रूप में एक अच्छा लाभ है, लेकिन उत्पादन प्रक्रिया में, संक्षारक गैसों और धातु कार्बनिक पदार्थों के अवशेषों के कारण ग्रेफाइट पाउडर को खराब कर देगा, और ग्रेफाइट बेस का सेवा जीवन बहुत कम हो जाएगा। साथ ही, गिरने वाले ग्रेफाइट पाउडर से चिप को प्रदूषण होगा।

कोटिंग तकनीक के उद्भव से सतह पाउडर निर्धारण, थर्मल चालकता में वृद्धि और गर्मी वितरण को बराबर किया जा सकता है, जो इस समस्या को हल करने के लिए मुख्य तकनीक बन गई है। MOCVD उपकरण उपयोग वातावरण में ग्रेफाइट बेस, ग्रेफाइट बेस सतह कोटिंग निम्नलिखित विशेषताओं को पूरा करना चाहिए:

(1) ग्रेफाइट बेस को पूरी तरह से लपेटा जा सकता है, और घनत्व अच्छा है, अन्यथा ग्रेफाइट बेस संक्षारक गैस में आसानी से खराब हो जाएगा।

(2) ग्रेफाइट बेस के साथ संयोजन शक्ति उच्च है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि कई उच्च तापमान और निम्न तापमान चक्रों के बाद कोटिंग गिरना आसान नहीं है।

(3) उच्च तापमान और संक्षारक वातावरण में कोटिंग विफलता से बचने के लिए इसमें अच्छी रासायनिक स्थिरता है।

SiC में संक्षारण प्रतिरोध, उच्च तापीय चालकता, तापीय आघात प्रतिरोध और उच्च रासायनिक स्थिरता के फायदे हैं, और यह GaN एपिटैक्सियल वातावरण में अच्छी तरह से काम कर सकता है। इसके अलावा, SiC का तापीय विस्तार गुणांक ग्रेफाइट से बहुत कम भिन्न होता है, इसलिए SiC ग्रेफाइट बेस की सतह कोटिंग के लिए पसंदीदा सामग्री है।

वर्तमान में, आम SiC मुख्य रूप से 3C, 4H और 6H प्रकार के होते हैं, और विभिन्न क्रिस्टल प्रकारों के SiC उपयोग अलग-अलग होते हैं। उदाहरण के लिए, 4H-SiC उच्च-शक्ति वाले उपकरणों का निर्माण कर सकता है; 6H-SiC सबसे स्थिर है और फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणों का निर्माण कर सकता है; GaN के समान संरचना के कारण, 3C-SiC का उपयोग GaN एपिटैक्सियल परत का उत्पादन करने और SiC-GaN RF उपकरणों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। 3C-SiC को आमतौर पर β-SiC के रूप में भी जाना जाता है, और β-SiC का एक महत्वपूर्ण उपयोग फिल्म और कोटिंग सामग्री के रूप में है, इसलिए β-SiC वर्तमान में कोटिंग के लिए मुख्य सामग्री है।

सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तैयार करने की विधि

वर्तमान में, SiC कोटिंग की तैयारी विधियों में मुख्य रूप से जेल-सोल विधि, एम्बेडिंग विधि, ब्रश कोटिंग विधि, प्लाज्मा स्प्रेइंग विधि, रासायनिक गैस प्रतिक्रिया विधि (CVR) और रासायनिक वाष्प जमाव विधि (CVD) शामिल हैं।

एम्बेडिंग विधि:

यह विधि एक तरह का उच्च तापमान ठोस चरण सिंटरिंग है, जो मुख्य रूप से एम्बेडिंग पाउडर के रूप में Si पाउडर और C पाउडर के मिश्रण का उपयोग करता है, ग्रेफाइट मैट्रिक्स को एम्बेडिंग पाउडर में रखा जाता है, और निष्क्रिय गैस में उच्च तापमान सिंटरिंग किया जाता है, और अंत में ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर SiC कोटिंग प्राप्त की जाती है। प्रक्रिया सरल है और कोटिंग और सब्सट्रेट के बीच संयोजन अच्छा है, लेकिन मोटाई दिशा के साथ कोटिंग की एकरूपता खराब है, जो अधिक छेद बनाने और खराब ऑक्सीकरण प्रतिरोध को जन्म देने में आसान है।

ब्रश कोटिंग विधि:

ब्रश कोटिंग विधि मुख्य रूप से ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर तरल कच्चे माल को ब्रश करना है, और फिर कोटिंग तैयार करने के लिए एक निश्चित तापमान पर कच्चे माल को ठीक करना है। प्रक्रिया सरल है और लागत कम है, लेकिन ब्रश कोटिंग विधि द्वारा तैयार कोटिंग सब्सट्रेट के साथ संयोजन में कमजोर है, कोटिंग की एकरूपता खराब है, कोटिंग पतली है और ऑक्सीकरण प्रतिरोध कम है, और इसे सहायता करने के लिए अन्य तरीकों की आवश्यकता है।

प्लाज्मा छिड़काव विधि:

प्लाज्मा छिड़काव विधि मुख्य रूप से प्लाज्मा बंदूक के साथ ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर पिघले या अर्ध-पिघले कच्चे माल को स्प्रे करना है, और फिर एक कोटिंग बनाने के लिए जमना और बंधन करना है। विधि संचालित करने के लिए सरल है और अपेक्षाकृत घने सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तैयार कर सकती है, लेकिन विधि द्वारा तैयार सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग अक्सर बहुत कमजोर होती है और कमजोर ऑक्सीकरण प्रतिरोध की ओर ले जाती है, इसलिए इसका उपयोग आमतौर पर कोटिंग की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए SiC समग्र कोटिंग की तैयारी के लिए किया जाता है।

जेल-सोल विधि:

जेल-सोल विधि मुख्य रूप से मैट्रिक्स की सतह को कवर करने वाला एक समान और पारदर्शी सोल घोल तैयार करना है, इसे जेल में सुखाना और फिर कोटिंग प्राप्त करने के लिए सिंटरिंग करना है। यह विधि संचालित करने में सरल और कम लागत वाली है, लेकिन उत्पादित कोटिंग में कुछ कमियाँ हैं जैसे कम थर्मल शॉक प्रतिरोध और आसानी से टूटने वाली, इसलिए इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जा सकता है।

रासायनिक गैस प्रतिक्रिया (सीवीआर) :

सीवीआर मुख्य रूप से उच्च तापमान पर SiO भाप उत्पन्न करने के लिए Si और SiO2 पाउडर का उपयोग करके SiC कोटिंग उत्पन्न करता है, और सी सामग्री सब्सट्रेट की सतह पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है। इस विधि द्वारा तैयार SiC कोटिंग सब्सट्रेट से निकटता से बंधी होती है, लेकिन प्रतिक्रिया तापमान अधिक होता है और लागत अधिक होती है।

रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) :

वर्तमान में, सब्सट्रेट सतह पर SiC कोटिंग तैयार करने के लिए CVD मुख्य तकनीक है। मुख्य प्रक्रिया सब्सट्रेट सतह पर गैस चरण अभिकारक सामग्री की भौतिक और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है, और अंत में सब्सट्रेट सतह पर जमा करके SiC कोटिंग तैयार की जाती है। CVD तकनीक द्वारा तैयार SiC कोटिंग सब्सट्रेट की सतह से निकटता से बंधी होती है, जो सब्सट्रेट सामग्री के ऑक्सीकरण प्रतिरोध और अपघटन प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से सुधार सकती है, लेकिन इस विधि का जमाव समय लंबा है, और प्रतिक्रिया गैस में एक निश्चित जहरीली गैस होती है।

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस की बाजार स्थिति

जब विदेशी निर्माताओं ने जल्दी शुरुआत की, तो उनके पास स्पष्ट बढ़त और उच्च बाजार हिस्सेदारी थी। अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, SiC लेपित ग्रेफाइट बेस के मुख्यधारा के आपूर्तिकर्ता डच ज़ायकार्ड, जर्मनी एसजीएल कार्बन (SGL), जापान टोयो कार्बन, संयुक्त राज्य अमेरिका MEMC और अन्य कंपनियां हैं, जो मूल रूप से अंतरराष्ट्रीय बाजार पर कब्जा कर लेती हैं। हालाँकि चीन ने ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर SiC कोटिंग के समान विकास की प्रमुख कोर तकनीक को तोड़ दिया है, उच्च गुणवत्ता वाले ग्रेफाइट मैट्रिक्स अभी भी जर्मन SGL, जापान टोयो कार्बन और अन्य उद्यमों पर निर्भर हैं, घरेलू उद्यमों द्वारा प्रदान किए गए ग्रेफाइट मैट्रिक्स थर्मल चालकता, लोचदार मापांक, कठोर मापांक, जाली दोष और अन्य गुणवत्ता की समस्याओं के कारण सेवा जीवन को प्रभावित करते हैं। MOCVD उपकरण SiC लेपित ग्रेफाइट बेस के उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं।

चीन का सेमीकंडक्टर उद्योग तेजी से विकसित हो रहा है, MOCVD एपिटैक्सियल उपकरण स्थानीयकरण दर में क्रमिक वृद्धि और अन्य प्रक्रिया अनुप्रयोगों के विस्तार के साथ, भविष्य में SiC लेपित ग्रेफाइट बेस उत्पाद बाजार में तेजी से वृद्धि होने की उम्मीद है। प्रारंभिक उद्योग अनुमानों के अनुसार, अगले कुछ वर्षों में घरेलू ग्रेफाइट बेस बाजार 500 मिलियन युआन से अधिक हो जाएगा।

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस यौगिक अर्धचालक औद्योगिकीकरण उपकरण का मुख्य घटक है, इसके उत्पादन और विनिर्माण की प्रमुख कोर तकनीक में महारत हासिल करना, और पूरे कच्चे माल-प्रक्रिया-उपकरण उद्योग श्रृंखला के स्थानीयकरण को साकार करना चीन के अर्धचालक उद्योग के विकास को सुनिश्चित करने के लिए बहुत रणनीतिक महत्व रखता है। घरेलू SiC लेपित ग्रेफाइट बेस का क्षेत्र फलफूल रहा है, और उत्पाद की गुणवत्ता जल्द ही अंतरराष्ट्रीय उन्नत स्तर तक पहुँच सकती है।