Yon kouch epitaksyèl se yon fim mens espesifik ki fèt ak yon sèl kristal epi ki grandi sou yon substra wafer atravè yon pwosesis epitaksyèl; wafer substra a ak fim epitaksyèl la ansanm refere yo kòm yon wafer epitaksyèl. Pami sa yo, kwasans yon kouch epitaksyèl carbure Silisyòm sou yon substra carbure Silisyòm kondiktif pwodui yon wafer epitaksyèl carbure Silisyòm omojèn, ki ka fabrike pi lwen an aparèy pouvwa tankou dyòd Schottky, MOSFET, ak IGBT. Kalite substra ki pi lajman itilize a se substra 4H-SiC la.
Piske prèske tout aparèy yo fabrike sou kouch epitaksyal, kalite kouch epitaksyal la gen yon enpak siyifikatif sou pèfòmans aparèy la. Sepandan, kalite kouch epitaksyal la enfliyanse pa pwosesis kristal la ak substrat la, sa ki mete l nan yon moman kritik nan endistri a epi jwe yon wòl esansyèl nan devlopman li.
Metòd prensipal pou prepare kouch epitaksyèl Silisyòm kabid yo enkli: depozisyon vapè; epitaksi faz likid (LPE); epitaksi gwo bout molekilè (MBE); ak depozisyon chimik vapè (CVD). Pami sa yo, depozisyon chimik vapè (CVD) se metòd ki pi lajman itilize pou epitaksi omojèn 4H-SiC. Epitaksi CVD 4H-SiC tipikman itilize ekipman CVD, ki asire kontinwite estrikti kristal 4H-SiC la anba tanperati kwasans ki wo.
Nan ekipman CVD, yo pa ka mete substrat la dirèkteman sou yon sifas metalik oubyen tou senpleman mete l sou yon baz pou depo epitaksi, paske sa enplike plizyè faktè enfliyans tankou direksyon koule gaz la (orizontal, vètikal), tanperati, presyon, fiksasyon, ak kontaminasyon ki soti nan patikil ki lage. Se poutèt sa, yo bezwen yon baz sipò; yo mete substrat la sou yon plato, epi yo fè depo epitaksi sou substrat la lè l sèvi avèk teknoloji CVD. Baz sipò sa a se yon baz grafit kouvri ak SiC.
Kòm yon eleman prensipal, substrat grafit la prezante yon fòs espesifik ak yon modil espesifik ki wo, ansanm ak yon bon rezistans kont chòk tèmik ak korozyon. Sepandan, pandan pwodiksyon an, grafit la sibi korozyon ak pèt poud akòz gaz koroziv ak konpoze òganometalik rezidyèl, sa ki diminye anpil lavi sèvis substrat la. An menm tan, poud grafit ki pèdi a ka kontamine chip yo. Nan pwodiksyon waf epitaksiyal carbure Silisyòm, li vin pi difisil pou satisfè egzijans ki pi strik pou materyèl grafit yo, sa ki limite anpil devlopman ak aplikasyon pratik yo. Kidonk,teknoloji kouchte parèt kòm yon solisyon.
Avantaj kouch SiC nan endistri semi-kondiktè a
Pwopriyete fizik ak chimik kouch yo dwe satisfè egzijans strik pou rezistans tanperati ki wo ak rezistans korozyon, paske sa yo afekte dirèkteman rannman ak dire lavi pwodwi a. Materyèl SiC a posede yon gwo fòs, yon gwo dite, yon koyefisyan ekspansyon tèmik ki ba, ak yon ekselan konduktivite tèmik, sa ki fè li yon materyèl estriktirèl ak semi-kondiktè kritik pou tanperati ki wo. Lè yo aplike li sou substrats grafit, avantaj li yo enkli:
1) SiC reziste korozyon epi li ka ankapsule nèt substrat grafit la. Dansite segondè li anpeche domaj ki soti nan gaz koroziv.
2) SiC gen yon konduktivite tèmik ki wo epi yon fòs lyezon solid ak substrat grafit la, sa ki asire kouch la rete entak menm apre plizyè sik tanperati ki wo ak ba.
3) SiC posede yon ekselan estabilite chimik, sa ki anpeche kouch la kraze nan atmosfè tanperati ki wo ak koroziv.
Anplis de sa, founo epitaksyal ki fèt ak diferan materyèl mande pou plato grafit ki gen espesifikasyon pèfòmans espesifik. Koyefisyan ekspansyon tèmik materyèl grafit la dwe konpatib ak tanperati kwasans founo epitaksyal la. Pa egzanp, piske tanperati kwasans pou epitaksi carbure Silisyòm lan wo, plato ki gen yon wo degre matche ak koyefisyan ekspansyon tèmik yo nesesè. Koyefisyan ekspansyon tèmik SiC a pa diferan anpil de sa ki nan grafit, sa ki fè li materyèl ki pi pito pou kouvri sifas substrats grafit yo.
SiC egziste sou plizyè fòm kristal, ak pi komen kounye a se kalite 3C, 4H, ak 6H, chak sèvi diferan aplikasyon. Pa egzanp, 4H-SiC yo itilize pou fabrike aparèy gwo puisans; 6H-SiC se pi estab la epi li itilize pou fabrike aparèy optoelektwonik; epi 3C-SiC, akòz resanblans estriktirèl li ak GaN, yo itilize pou pwodui kouch epitaksyèl GaN pou fabrike aparèy RF SiC-GaN. Yo souvan refere 3C-SiC tou kòm β-SiC. Yon aplikasyon kle nan β-SiC se kòm yon fim mens ak materyèl kouch; kidonk, β-SiC se kounye a materyèl prensipal yo itilize pou kouch.
Kòm yon konsomab komen nan pwodiksyon semi-kondiktè, kouch SiC yo sitou itilize nan pwosesis tankou preparasyon substrat, epitaksi, oksidasyon ak difizyon, grave, ak enplantasyon iyon. Pwopriyete fizik ak chimik kouch la dwe satisfè egzijans strik pou rezistans tanperati ki wo ak rezistans korozyon, paske sa yo afekte dirèkteman sede pwodwi a ak dire lavi li. Kidonk, preparasyon kouch SiC yo enpòtan anpil.
Pwosesis pou prepare kouch Silisyòm Carbide
Kounye a, metòd prensipal pou prepare kouch SiC yo enkli metòd sol-jèl, metòd entegrasyon, kouch bwòs, flite plasma, reyaksyon vapè chimik (CVR), ak depo vapè chimik (CVD).
Metòd Entegrasyon
Metòd sa a se yon kalite sinterizasyon solid-etann nan tanperati ki wo. Li prensipalman itilize yon melanj poud silikon (Si) ak poud kabòn (C) kòm poud entegrasyon an. Yo mete yon substrat grafit nan poud entegrasyon an epi yo sinterize l nan tanperati ki wo nan yon atmosfè gaz inaktif, sa ki finalman fòme yon kouch SiC sou sifas substrat grafit la. Metòd sa a prezante yon pwosesis senp epi yon bon adezyon ant kouch la ak substrat la; sepandan, kouch la montre yon inifòmite pòv sou direksyon epesè a epi li gen tandans devlope anpil porositë, sa ki lakòz yon rezistans oksidasyon pòv.
Metòd kouch bwòs
Metòd kouch bwòs la prensipalman enplike aplikasyon yon matyè premyè likid sou sifas substrat grafit la, epi answit geri materyèl la nan yon tanperati espesifik pou fòme kouch la. Metòd sa a senp epi li pa koute chè; sepandan, kouch ki rezilta a montre yon adezyon fèb sou substrat la, yon inifòmite pòv, epi li relativman mens ak yon rezistans oksidasyon ki ba, sa ki nesesite metòd siplemantè.
Metòd flite Plasma
Metòd flite plasma a enplike itilizasyon yon zam plasma pou flite matyè premyè ki fonn oswa semi-fonn sou sifas substrat grafit la, ki answit vin solid epi kole pou fòme yon kouch. Metòd sa a fasil pou opere epi li ka pwodui kouch carbure Silisyòm relativman dans; sepandan, kouch ki rezilta yo souvan twò mens, sa ki lakòz yon rezistans oksidasyon ki pòv. Se poutèt sa, li jeneralman itilize nan preparasyon kouch konpoze SiC pou amelyore kalite kouch la.
Metòd Jèl-Sol
Metòd jèl-sol la prensipalman enplike nan prepare yon solisyon sol inifòm ak transparan pou kouvri sifas substra a. Apre li fin seche pou l vin tounen yon jèl, yo sinterize materyèl la pou fòme kouch la. Metòd sa a fasil pou itilize epi li relativman bon mache; sepandan, kouch ki sòti yo soufri dezavantaj tankou rezistans chòk tèmik ki ba ak yon tandans pou fann, sa ki limite aplikasyon yo toupatou.
Metòd Reyaksyon Vapè Chimik (CVR)
CVR prensipalman itilize poud Si ak SiO₂ pou jenere vapè SiO₂ nan tanperati ki wo, sa ki deklanche yon seri reyaksyon chimik sou sifas substrat Si a pou fòme yon kouch SiC. Kouch SiC ki pwodui pa metòd sa a kole byen sere sou substrat la; sepandan, tanperati reyaksyon an wo, epi pri a relativman wo tou.
Depozisyon Vapè Chimik (CVD)
Kounye a, CVD se teknoloji prensipal la pou prepare kouch SiC sou sifas substrats yo. Pwosesis prensipal la enplike yon seri reyaksyon fizikochimik ant reyaktif gazez yo ak sifas substrats la, sa ki finalman lakòz depo yon kouch SiC. Kouch SiC ki pwodui pa teknoloji CVD kole byen sere sou sifas substrats la epi yo ka efektivman amelyore rezistans oksidasyon materyèl substrats la ak rezistans ablasyon an; sepandan, metòd sa a mande yon tan depo relativman long, epi gaz reyaksyon yo gen sèten konpozan toksik.
Tandans nan kouch SiC yo
Yo sitou itilize kouch SiC kòm konsomab nan fabrikasyon semi-kondiktè, ak mezi pèfòmans kle ki gen ladan inifòmite kouch, koyefisyan ekspansyon tèmik, ak konduktivite tèmik. Pandan ke gen yon demann domestik siyifikatif pou kouch SiC nan peyi Lachin, teknoloji a toujou pa devlope. Aletranje, se yon sèl konpayi ameriken ki opere nan domèn sa a, epi pwodwi li yo relativman chè.
Bato kristalse konsomab yo itilize nan pwodiksyon epitaksyal ki ka ranplase grafit kouvri ak SiC, byenke volim mache a piti. Apre sa, gen grafit kouvri ak TaC, ki ofri pi bon rezistans korozyon chimik pase grafit toutouni oswa grafit kouvri ak SiC, men li twò chè epi li toujou nan premye etap devlopman li yo. Kounye a, konpayi domestik tankouLiufang semiconductor, Semicera, akVetek Semiconductoryo angaje nan R&D nan domèn sa a.
Dat piblikasyon: 20 me 2026