Grafitne baze obložene SiC-om obično se koriste za podupiranje i zagrijavanje monokristalnih podloga u opremi za metal-organsko kemijsko taloženje iz parne faze (MOCVD). Toplinska stabilnost, toplinska ujednačenost i drugi parametri performansi grafitne baze obložene SiC-om igraju odlučujuću ulogu u kvaliteti epitaksijalnog rasta materijala, stoga je ključna komponenta MOCVD opreme.
U procesu proizvodnje pločica, epitaksijalni slojevi se dodatno konstruiraju na nekim podlogama pločica kako bi se olakšala proizvodnja uređaja. Tipični LED uređaji koji emitiraju svjetlost trebaju pripremiti epitaksijalne slojeve GaAs na silicijskim podlogama; SiC epitaksijalni sloj se uzgaja na vodljivoj SiC podlozi za konstrukciju uređaja kao što su SBD, MOSFET itd., za visoki napon, veliku struju i druge energetske primjene; GaN epitaksijalni sloj se konstruira na poluizoliranoj SiC podlozi za daljnju konstrukciju HEMT i drugih uređaja za RF primjene kao što je komunikacija. Ovaj proces je neodvojiv od CVD opreme.
U CVD opremi, podloga se ne može izravno postaviti na metal ili jednostavno postaviti na podlogu za epitaksijalno taloženje, jer uključuje protok plina (horizontalni, vertikalni), temperaturu, tlak, fiksaciju, otpuštanje onečišćujućih tvari i druge aspekte utjecajnih čimbenika. Stoga je potrebna podloga, a zatim se podloga postavlja na disk, a zatim se epitaksijalno taloženje provodi na podlozi korištenjem CVD tehnologije, a ta podloga je grafitna podloga obložena SiC-om (također poznata kao pladanj).
Grafitne baze obložene SiC-om obično se koriste za podupiranje i zagrijavanje monokristalnih podloga u opremi za metal-organsko kemijsko taloženje iz parne faze (MOCVD). Toplinska stabilnost, toplinska ujednačenost i drugi parametri performansi grafitne baze obložene SiC-om igraju odlučujuću ulogu u kvaliteti epitaksijalnog rasta materijala, stoga je ključna komponenta MOCVD opreme.
Metalno-organsko kemijsko taloženje iz parne faze (MOCVD) je glavna tehnologija za epitaksijalni rast GaN filmova u plavoj LED diodi. Ima prednosti jednostavnog rada, kontrolirane brzine rasta i visoke čistoće GaN filmova. Kao važna komponenta u reakcijskoj komori MOCVD opreme, podloga ležaja koja se koristi za epitaksijalni rast GaN filma mora imati prednosti otpornosti na visoku temperaturu, ujednačene toplinske vodljivosti, dobre kemijske stabilnosti, jake otpornosti na toplinske udare itd. Grafitni materijal može zadovoljiti gore navedene uvjete.
Kao jedna od glavnih komponenti MOCVD opreme, grafitna baza je nosač i grijaće tijelo podloge, što izravno određuje ujednačenost i čistoću filmskog materijala, pa njegova kvaliteta izravno utječe na pripremu epitaksijalnog sloja, a istovremeno, s povećanjem broja upotreba i promjenom radnih uvjeta, vrlo se lako troši, pripadajući potrošnom materijalu.
Iako grafit ima izvrsnu toplinsku vodljivost i stabilnost, ima dobru prednost kao osnovna komponenta MOCVD opreme, ali tijekom proizvodnog procesa grafit će nagrizati prah zbog ostataka korozivnih plinova i metalnih organskih tvari, te će se vijek trajanja grafitne baze znatno smanjiti. Istovremeno, padajući grafitni prah uzrokovat će onečišćenje čipa.
Pojava tehnologije premazivanja može osigurati fiksaciju površinskog praha, poboljšati toplinsku vodljivost i izjednačiti raspodjelu topline, što je postala glavna tehnologija za rješavanje ovog problema. Grafitna baza u okruženju korištenja MOCVD opreme, površinski premaz na bazi grafita trebao bi ispunjavati sljedeće karakteristike:
(1) Grafitna baza može se potpuno omotati, a gustoća je dobra, inače se grafitna baza lako korodira u korozivnom plinu.
(2) Kombinirana čvrstoća s grafitnom bazom je visoka kako bi se osiguralo da premaz ne otpada lako nakon nekoliko ciklusa visokih i niskih temperatura.
(3) Ima dobru kemijsku stabilnost kako bi se izbjeglo oštećenje premaza na visokim temperaturama i korozivnoj atmosferi.
SiC ima prednosti otpornosti na koroziju, visoke toplinske vodljivosti, otpornosti na toplinske udare i visoke kemijske stabilnosti te može dobro funkcionirati u GaN epitaksijalnoj atmosferi. Osim toga, koeficijent toplinskog širenja SiC-a vrlo se malo razlikuje od grafita, pa je SiC preferirani materijal za površinski premaz grafitne baze.
Trenutno se uobičajeni SiC uglavnom koristi u tipovima 3C, 4H i 6H, a upotreba SiC-a za različite vrste kristala je različita. Na primjer, 4H-SiC se može koristiti za proizvodnju uređaja velike snage; 6H-SiC je najstabilniji i može se koristiti za proizvodnju fotoelektričnih uređaja; zbog svoje slične strukture kao GaN, 3C-SiC se može koristiti za proizvodnju GaN epitaksijalnog sloja i proizvodnju SiC-GaN RF uređaja. 3C-SiC je također poznat kao β-SiC, a važna upotreba β-SiC je kao materijal za filmove i premaze, pa je β-SiC trenutno glavni materijal za premaze.
Metoda za pripremu premaza silicij-karbida
Trenutno, metode pripreme SiC prevlaka uglavnom uključuju gel-sol metodu, metodu ugradnje, metodu nanošenja četkom, metodu plazma prskanja, metodu kemijske plinske reakcije (CVR) i metodu kemijskog taloženja iz pare (CVD).
Način ugradnje:
Metoda je vrsta visokotemperaturnog sinteriranja u čvrstoj fazi, koja uglavnom koristi smjesu Si praha i C praha kao prašak za ugradnju, grafitna matrica se stavlja u prašak za ugradnju, a sinteriranje na visokoj temperaturi provodi se u inertnom plinu, te se na kraju na površini grafitne matrice dobiva SiC premaz. Postupak je jednostavan i kombinacija između premaza i podloge je dobra, ali ujednačenost premaza duž smjera debljine je loša, što lako dovodi do stvaranja više rupa i slabe otpornosti na oksidaciju.
Metoda premazivanja četkom:
Metoda nanošenja premaza četkom uglavnom se sastoji u nanošenju tekuće sirovine četkom na površinu grafitne matrice, a zatim sušenju sirovine na određenoj temperaturi kako bi se pripremio premaz. Postupak je jednostavan i jeftin, ali premaz pripremljen metodom nanošenja četkom je slab u kombinaciji s podlogom, ujednačenost premaza je loša, premaz je tanak, a otpornost na oksidaciju niska, te su potrebne druge metode za pomoć.
Metoda plazma prskanja:
Metoda plazma prskanja uglavnom se sastoji u prskanju rastaljenih ili polurastopljenih sirovina na površinu grafitne matrice plazma pištoljem, a zatim učvršćivanju i vezivanju u premaz. Metoda je jednostavna za rukovanje i može pripremiti relativno gusti silicijev karbidni premaz, ali silicijev karbidni premaz pripremljen ovom metodom često je preslab i dovodi do slabe otpornosti na oksidaciju, pa se općenito koristi za pripremu SiC kompozitnog premaza kako bi se poboljšala kvaliteta premaza.
Gel-sol metoda:
Gel-sol metoda se uglavnom sastoji od pripreme ujednačene i prozirne sol otopine koja prekriva površinu matrice, sušenja u gel, a zatim sinteriranja kako bi se dobio premaz. Ova metoda je jednostavna za korištenje i jeftina, ali dobiveni premaz ima neke nedostatke poput niske otpornosti na toplinske udare i lakog pucanja, pa se ne može široko koristiti.
Kemijska plinska reakcija (CVR):
CVR uglavnom generira SiC premaz korištenjem Si i SiO2 praha za stvaranje SiO pare na visokoj temperaturi, a niz kemijskih reakcija odvija se na površini podloge od C materijala. SiC premaz pripremljen ovom metodom čvrsto je vezan za podlogu, ali je temperatura reakcije viša, a cijena veća.
Kemijsko taloženje iz parne faze (CVD):
Trenutno je CVD glavna tehnologija za pripremu SiC premaza na površini podloge. Glavni proces je niz fizikalnih i kemijskih reakcija plinovito-faznog reaktanta na površini podloge, a na kraju se SiC premaz priprema taloženjem na površinu podloge. SiC premaz pripremljen CVD tehnologijom čvrsto se veže za površinu podloge, što može učinkovito poboljšati otpornost na oksidaciju i ablaciju materijala podloge, ali vrijeme taloženja ove metode je dulje, a reakcijski plin sadrži određene toksične plinove.
Tržišna situacija na bazi grafita s premazom od SiC-a
Kada su strani proizvođači rano započeli, imali su jasnu prednost i visok tržišni udio. Na međunarodnoj razini, glavni dobavljači grafitne baze s SiC premazom su nizozemski Xycard, njemački SGL Carbon (SGL), japanski Toyo Carbon, američki MEMC i druge tvrtke, koje u osnovi zauzimaju međunarodno tržište. Iako je Kina probila ključnu tehnologiju ujednačenog rasta SiC premaza na površini grafitne matrice, visokokvalitetna grafitna matrica i dalje se oslanja na njemački SGL, japanski Toyo Carbon i druga poduzeća, grafitna matrica koju osiguravaju domaća poduzeća utječe na vijek trajanja zbog toplinske vodljivosti, modula elastičnosti, modula krutosti, nedostataka rešetke i drugih problema s kvalitetom. MOCVD oprema ne može zadovoljiti zahtjeve korištenja grafitne baze s SiC premazom.
Kineska industrija poluvodiča brzo se razvija, s postupnim povećanjem stope lokalizacije MOCVD epitaksijalne opreme i širenjem drugih procesnih primjena, očekuje se brzi rast budućeg tržišta proizvoda na bazi grafita obloženog SiC-om. Prema preliminarnim procjenama industrije, domaće tržište grafitne baze premašit će 500 milijuna juana u sljedećih nekoliko godina.
SiC obložena grafitna baza je ključna komponenta opreme za industrijalizaciju složenih poluvodiča, a savladavanje ključne tehnologije njezine proizvodnje i prerade te ostvarivanje lokalizacije cijelog industrijskog lanca sirovina-procesa-opreme od velikog je strateškog značaja za osiguravanje razvoja kineske poluvodičke industrije. Područje domaće SiC obložene grafitne baze je u procvatu, a kvaliteta proizvoda uskoro bi mogla dosegnuti međunarodnu naprednu razinu.
Vrijeme objave: 24. srpnja 2023.