A SiC-bevonatú grafit bázisokat gyakran használják egykristályos szubsztrátok alátámasztására és melegítésére fémorganikus kémiai gőzfázisú leválasztási (MOCVD) berendezésekben. A SiC-bevonatú grafit bázis termikus stabilitása, termikus egyenletessége és egyéb teljesítményparaméterei döntő szerepet játszanak az epitaxiális anyagnövekedés minőségében, így ez a MOCVD berendezések alapvető kulcskomponense.
A wafer gyártási folyamata során epitaxiális rétegeket építenek fel egyes wafer szubsztrátokon az eszközök gyártásának megkönnyítése érdekében. A tipikus LED-es fénykibocsátó eszközöknek GaAs epitaxiális rétegeket kell készíteniük szilícium szubsztráton; A SiC epitaxiális réteget a vezetőképes SiC szubsztrátra növesztik olyan eszközök építéséhez, mint az SBD, MOSFET stb., nagyfeszültségű, nagyáramú és egyéb teljesítményalkalmazásokhoz; A GaN epitaxiális réteget félig szigetelt SiC szubsztráton építik fel HEMT és más eszközök további építéséhez RF alkalmazásokhoz, például kommunikációhoz. Ez a folyamat elválaszthatatlan a CVD berendezésektől.
A CVD berendezésben az aljzatot nem lehet közvetlenül a fémre helyezni, vagy egyszerűen egy alapra helyezni az epitaxiális leválasztáshoz, mivel ez magában foglalja a gázáramlást (vízszintes, függőleges), a hőmérsékletet, a nyomást, a rögzítést, a szennyező anyagok leválását és egyéb befolyásoló tényezőket. Ezért szükség van egy alapra, majd az aljzatot a korongra helyezik, és ezután CVD technológiával epitaxiális leválasztást végeznek az aljzaton, és ez az alap a SiC bevonatú grafit alap (más néven tálca).
A SiC-bevonatú grafit bázisokat gyakran használják egykristályos szubsztrátok alátámasztására és melegítésére fémorganikus kémiai gőzfázisú leválasztási (MOCVD) berendezésekben. A SiC-bevonatú grafit bázis termikus stabilitása, termikus egyenletessége és egyéb teljesítményparaméterei döntő szerepet játszanak az epitaxiális anyagnövekedés minőségében, így ez a MOCVD berendezések alapvető kulcskomponense.
A fémorganikus kémiai gőzfázisú leválasztás (MOCVD) a kék LED-ekben lévő GaN-filmek epitaxiális növesztésének elterjedt technológiája. Előnyei az egyszerű kezelhetőség, a szabályozható növekedési sebesség és a GaN-filmek nagy tisztasága. A MOCVD-berendezések reakciókamrájának fontos alkotóelemeként a GaN-film epitaxiális növesztéséhez használt csapágyalapnak a magas hőmérséklettel szembeni ellenállással, az egyenletes hővezető képességgel, a jó kémiai stabilitással és az erős hősokk-állósággal kell rendelkeznie. A grafitanyag megfelelhet a fenti feltételeknek.
Az MOCVD berendezések egyik alapvető alkotóelemeként a grafit alap a hordozó hordozója és fűtőteste, amely közvetlenül meghatározza a filmanyag egyenletességét és tisztaságát, így minősége közvetlenül befolyásolja az epitaxiális lemez előkészítését, ugyanakkor a felhasználások számának növekedésével és a munkakörülmények változásával nagyon könnyen kopható, a fogyóeszközök közé tartozik.
Bár a grafit kiváló hővezető képességgel és stabilitással rendelkezik, jó előnnyel jár, mint MOCVD berendezések alapkomponense, de a gyártási folyamat során a grafit a korrozív gázok és fémes szerves anyagok maradványai miatt korrodálja a port, és a grafitallap élettartama jelentősen csökken. Ugyanakkor a lehulló grafitpor szennyezi a chipet.
A bevonattechnológia megjelenése lehetővé teszi a felületi por rögzítését, a hővezető képesség javítását és a hőeloszlás kiegyenlítését, ami a probléma megoldásának fő technológiájává vált. A grafitalapú MOCVD berendezések használati környezetében a grafitalapú felületbevonatnak a következő jellemzőkkel kell rendelkeznie:
(1) A grafit alap teljesen becsomagolható, és a sűrűsége jó, egyébként a grafit alap könnyen korrodálódik a korrozív gázban.
(2) A grafitbázissal való kombinált szilárdság magas, így a bevonat nem könnyen leesik több magas és alacsony hőmérsékleti ciklus után sem.
(3) Jó kémiai stabilitással rendelkezik, így elkerülhető a bevonat meghibásodása magas hőmérsékleten és korrozív környezetben.
A SiC előnyei közé tartozik a korrózióállóság, a magas hővezető képesség, a hősokk-állóság és a magas kémiai stabilitás, és jól működik GaN epitaxiális atmoszférában. Ezenkívül a SiC hőtágulási együtthatója alig tér el a grafitétól, így a SiC az előnyben részesített anyag a grafitalapú felületbevonatokhoz.
Jelenleg a legelterjedtebb SiC főként 3C, 4H és 6H típusú, és a különböző kristálytípusok felhasználási módjai eltérőek. Például a 4H-SiC nagy teljesítményű eszközök gyártására alkalmas; a 6H-SiC a legstabilabb, és fotoelektromos eszközök gyártására alkalmas; A GaN-hoz hasonló szerkezete miatt a 3C-SiC felhasználható GaN epitaxiális réteg előállítására és SiC-GaN rádiófrekvenciás eszközök gyártására. A 3C-SiC-t β-SiC-ként is ismerik, és a β-SiC egyik fontos felhasználási módja a film- és bevonóanyagként való felhasználás, így a β-SiC jelenleg a fő bevonóanyag.
Szilícium-karbid bevonat előállításának módszere
Jelenleg a SiC bevonat előállítási módszerei főként a gél-szol módszert, a beágyazási módszert, az ecsetvonásos módszert, a plazmaszórási módszert, a kémiai gázreakciós módszert (CVR) és a kémiai gőzfázisú leválasztási módszert (CVD) foglalják magukban.
Beágyazási módszer:
A módszer egyfajta magas hőmérsékletű szilárd fázisú szinterezés, amely főként Si-por és C-por keverékét használja beágyazó porként, a grafit mátrixot a beágyazó porba helyezik, és a magas hőmérsékletű szinterezést inert gázban végzik, végül pedig a grafit mátrix felületén SiC-bevonatot képeznek. Az eljárás egyszerű, a bevonat és az aljzat kombinációja jó, de a bevonat vastagságirányban történő egyenletessége gyenge, ami könnyen több lyukat eredményez, és gyenge oxidációs ellenállást eredményez.
Ecset bevonatolási módszer:
Az ecsetvonásos módszer lényege, hogy a folyékony alapanyagot a grafitmátrix felületére ecsettel viszik fel, majd a nyersanyagot egy bizonyos hőmérsékleten kikeményítik a bevonat elkészítéséhez. Az eljárás egyszerű és alacsony költségű, de az ecsetvonásos módszerrel előállított bevonat gyenge az aljzattal kombinálva, a bevonat egyenletessége gyenge, a bevonat vékony és az oxidációs ellenállás alacsony, ezért más módszerekre van szükség a segítségnyújtáshoz.
Plazmaszórási módszer:
A plazmaszórási módszer lényege, hogy plazmapisztollyal olvasztott vagy félig olvasztott nyersanyagokat permeteznek a grafitmátrix felületére, majd megszilárdítják és megkötik a bevonatot. Az eljárás egyszerűen kezelhető, és viszonylag sűrű szilícium-karbid bevonatot lehet vele előállítani, de az így előállított szilícium-karbid bevonat gyakran túl gyenge, és gyenge oxidációs ellenállást eredményez, ezért általában SiC kompozit bevonatok előállítására használják a bevonat minőségének javítása érdekében.
Gél-szol módszer:
A gél-szol módszer lényege, hogy egyenletes és átlátszó szololdatot készítenek, amely bevonja a mátrix felületét, géllé szárítják, majd szinterelik a bevonat előállításához. Ez a módszer egyszerűen kezelhető és alacsony költségű, de az előállított bevonatnak vannak hiányosságai, mint például az alacsony hősokk-állóság és a könnyű repedés, így nem alkalmazható széles körben.
Kémiai gázreakció (CVR):
A CVR főként SiC bevonatot állít elő Si és SiO2 por felhasználásával SiO gőz előállítására magas hőmérsékleten, és a C anyagú hordozó felületén kémiai reakciók sorozata megy végbe. Az ezzel a módszerrel előállított SiC bevonat szorosan kötődik az aljzathoz, de a reakcióhőmérséklet magasabb, és a költség is magasabb.
Kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD):
Jelenleg a CVD a fő technológia a SiC bevonat előállítására az aljzat felületén. A fő folyamat a gázfázisú reagens anyag fizikai és kémiai reakcióinak sorozata az aljzat felületén, és végül a SiC bevonatot az aljzat felületére történő leválasztással állítják elő. A CVD technológiával előállított SiC bevonat szorosan kötődik az aljzat felületéhez, ami hatékonyan javíthatja az aljzat anyagának oxidációs ellenállását és ablációs ellenállását, de ennek az eljárásnak a leválasztási ideje hosszabb, és a reakciógáz bizonyos mérgező gázt tartalmaz.
A SiC-bevonatú grafit alapú termékek piaci helyzete
Amikor a külföldi gyártók korán elkezdték, egyértelmű előnyre és magas piaci részesedésre tettek szert. Nemzetközi szinten a SiC-bevonatú grafit alap fő beszállítói a holland Xycard, a német SGL Carbon (SGL), a japán Toyo Carbon, az amerikai MEMC és más vállalatok, amelyek alapvetően a nemzetközi piacot foglalják el. Bár Kína áttörte a grafit mátrix felületén a SiC bevonat egyenletes növekedésének kulcsfontosságú technológiáját, a kiváló minőségű grafit mátrix továbbra is a német SGL-re, a japán Toyo Carbonra és más vállalatokra támaszkodik, a hazai vállalatok által biztosított grafit mátrix a hővezető képesség, a rugalmassági modulus, a merevségi modulus, a rácshibák és egyéb minőségi problémák miatt befolyásolja az élettartamot. Az MOCVD berendezések nem tudják teljesíteni a SiC-bevonatú grafit alap használatának követelményeit.
Kína félvezetőipara gyorsan fejlődik, az MOCVD epitaxiális berendezések lokalizációs arányának fokozatos növekedésével és más folyamatalkalmazások bővülésével a jövőben a SiC-bevonatú grafitalapú termékek piaca várhatóan gyorsan növekedni fog. Az előzetes iparági becslések szerint a hazai grafitalapú piac a következő években meghaladja az 500 millió jüant.
A SiC-bevonatú grafitbázis a félvezető összetett iparosítási berendezéseinek központi eleme, gyártásának és gyártásának kulcsfontosságú technológiájának elsajátítása, valamint a teljes nyersanyag-feldolgozó-berendezés iparági lánc lokalizációjának megvalósítása nagy stratégiai jelentőséggel bír a kínai félvezetőipar fejlődésének biztosítása szempontjából. A hazai SiC-bevonatú grafitbázis területe fellendülőben van, és a termékminőség hamarosan elérheti a nemzetközi haladó szintet.
Közzététel ideje: 2023. július 24.