Կիսահաղորդչային մասեր՝ SiC ծածկույթով գրաֆիտային հիմքով

SiC պատված գրաֆիտային հիմքերը լայնորեն օգտագործվում են մետաղ-օրգանական քիմիական գոլորշու նստեցման (MOCVD) սարքավորումներում միաբյուրեղային հիմքերը պահելու և տաքացնելու համար: SiC պատված գրաֆիտային հիմքի ջերմային կայունությունը, ջերմային միատարրությունը և այլ աշխատանքային պարամետրերը որոշիչ դեր են խաղում էպիտաքսիալ նյութի աճի որակի մեջ, ուստի այն MOCVD սարքավորումների հիմնական բաղադրիչն է:

Վաֆլիների արտադրության գործընթացում որոշ վաֆլի հիմքերի վրա հետագայում կառուցվում են էպիտաքսիալ շերտեր՝ սարքերի արտադրությունը հեշտացնելու համար: Տիպիկ LED լույս արձակող սարքերը պետք է պատրաստեն GaAs-ի էպիտաքսիալ շերտեր սիլիցիումային հիմքերի վրա. SiC էպիտաքսիալ շերտը աճեցվում է հաղորդիչ SiC հիմքի վրա՝ բարձր լարման, բարձր հոսանքի և այլ հզորության կիրառությունների համար նախատեսված SBD, MOSFET և այլն նման սարքեր կառուցելու համար. GaN էպիտաքսիալ շերտը կառուցվում է կիսամեկուսացված SiC հիմքի վրա՝ HEMT և այլ սարքեր RF կիրառությունների, ինչպիսիք են կապը, հետագա կառուցելու համար: Այս գործընթացը անբաժանելի է CVD սարքավորումներից:

CVD սարքավորումներում հիմքը չի կարող ուղղակիորեն տեղադրվել մետաղի վրա կամ պարզապես տեղադրվել էպիտաքսիալ նստեցման համար նախատեսված հիմքի վրա, քանի որ այն ներառում է գազի հոսք (հորիզոնական, ուղղահայաց), ջերմաստիճան, ճնշում, ֆիքսացիա, աղտոտիչների արտանետում և ազդեցության այլ գործոններ: Հետևաբար, անհրաժեշտ է հիմք, որից հետո հիմքը տեղադրվում է սկավառակի վրա, որից հետո էպիտաքսիալ նստեցումն իրականացվում է հիմքի վրա՝ օգտագործելով CVD տեխնոլոգիան, և այդ հիմքը SiC ծածկույթով գրաֆիտային հիմք է (հայտնի է նաև որպես սկուտեղ):

SiC պատված գրաֆիտային հիմքերը լայնորեն օգտագործվում են մետաղ-օրգանական քիմիական գոլորշու նստեցման (MOCVD) սարքավորումներում միաբյուրեղային հիմքերը պահելու և տաքացնելու համար: SiC պատված գրաֆիտային հիմքի ջերմային կայունությունը, ջերմային միատարրությունը և այլ աշխատանքային պարամետրերը որոշիչ դեր են խաղում էպիտաքսիալ նյութի աճի որակի մեջ, ուստի այն MOCVD սարքավորումների հիմնական բաղադրիչն է:

Մետաղաօրգանական քիմիական գոլորշու նստեցումը (MOCVD) կապույտ LED-ում GaN թաղանթների էպիտաքսիալ աճի հիմնական տեխնոլոգիան է: Այն ունի պարզ շահագործման, կառավարելի աճի արագության և GaN թաղանթների բարձր մաքրության առավելությունները: Որպես MOCVD սարքավորումների ռեակցիայի խցիկի կարևոր բաղադրիչ, GaN թաղանթի էպիտաքսիալ աճի համար օգտագործվող կրող հիմքը պետք է ունենա բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության, միատարր ջերմահաղորդականության, լավ քիմիական կայունության, ջերմային ցնցումների ուժեղ դիմադրության և այլնի առավելություններ: Գրաֆիտային նյութը կարող է բավարարել վերը նշված պայմանները:

Որպես MOCVD սարքավորումների հիմնական բաղադրիչներից մեկը, գրաֆիտային հիմքը հիմքի կրողն ու տաքացնող մարմինն է, որն անմիջականորեն որոշում է թաղանթանյութի միատարրությունն ու մաքրությունը, ուստի դրա որակը անմիջականորեն ազդում է էպիտաքսիալ թերթի պատրաստման վրա, և միևնույն ժամանակ, օգտագործման թվի աճի և աշխատանքային պայմանների փոփոխության հետ մեկտեղ, այն շատ հեշտ է կրել, պատկանում է սպառվող նյութերի շարքին։

Չնայած գրաֆիտը ունի գերազանց ջերմահաղորդականություն և կայունություն, այն ունի լավ առավելություն որպես MOCVD սարքավորումների հիմնական բաղադրիչ, սակայն արտադրության գործընթացում գրաֆիտը կկոռոզի փոշին՝ կոռոզիոն գազերի և մետաղական օրգանական նյութերի մնացորդների պատճառով, և գրաֆիտային հիմքի ծառայության ժամկետը զգալիորեն կնվազի։ Միևնույն ժամանակ, ընկնող գրաֆիտային փոշին կաղտոտի չիպը։

Ծածկույթի տեխնոլոգիայի ի հայտ գալը կարող է ապահովել մակերեսային փոշու ամրացում, բարձրացնել ջերմահաղորդականությունը և հավասարեցնել ջերմության բաշխումը, որը դարձել է այս խնդիրը լուծելու հիմնական տեխնոլոգիան: MOCVD սարքավորումների օգտագործման միջավայրում գրաֆիտային հիմքով մակերեսային ծածկույթը պետք է համապատասխանի հետևյալ բնութագրերին՝

(1) Գրաֆիտային հիմքը կարող է լիովին փաթաթվել, և խտությունը լավն է, հակառակ դեպքում գրաֆիտային հիմքը հեշտությամբ կարող է քայքայվել քայքայիչ գազի մեջ։

(2) Գրաֆիտային հիմքի հետ համակցված ամրությունը բարձր է՝ ապահովելու համար, որ ծածկույթը հեշտությամբ չընկնի մի քանի բարձր և ցածր ջերմաստիճանային ցիկլերից հետո։

(3) Այն ունի լավ քիմիական կայունություն՝ բարձր ջերմաստիճանի և քայքայիչ մթնոլորտում ծածկույթի ձախողումը կանխելու համար։

SiC-ն ունի կոռոզիոն դիմադրության, բարձր ջերմահաղորդականության, ջերմային ցնցումների դիմադրության և բարձր քիմիական կայունության առավելություններ, և կարող է լավ աշխատել GaN էպիտաքսիալ մթնոլորտում: Բացի այդ, SiC-ի ջերմային ընդարձակման գործակիցը շատ քիչ է տարբերվում գրաֆիտի ջերմային ընդարձակման գործակիցից, ուստի SiC-ն գրաֆիտային հիմքի մակերեսային ծածկույթի համար նախընտրելի նյութ է:

Ներկայումս տարածված SiC-ը հիմնականում 3C, 4H և 6H տեսակի է, և տարբեր տեսակի բյուրեղների SiC-ի կիրառությունները տարբեր են։ Օրինակ, 4H-SiC-ից կարելի է պատրաստել բարձր հզորության սարքեր։ 6H-SiC-ն ամենակայունն է և կարող է պատրաստել լուսաէլեկտրական սարքեր։ GaN-ին նման կառուցվածքի շնորհիվ, 3C-SiC-ն կարող է օգտագործվել GaN էպիտաքսիալ շերտ արտադրելու և SiC-GaN RF սարքեր արտադրելու համար։ 3C-SiC-ն նաև հայտնի է որպես β-SiC, և β-SiC-ի կարևոր կիրառություններից մեկը որպես թաղանթ և ծածկույթային նյութ է, ուստի β-SiC-ն ներկայումս ծածկույթների հիմնական նյութն է։

Սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթի պատրաստման մեթոդ

Ներկայումս SiC ծածկույթի պատրաստման մեթոդները հիմնականում ներառում են գել-սոլ մեթոդը, ներդրման մեթոդը, խոզանակով ծածկույթի մեթոդը, պլազմային ցողման մեթոդը, քիմիական գազային ռեակցիայի մեթոդը (CVR) և քիմիական գոլորշու նստեցման մեթոդը (CVD):

Ներդրման մեթոդը.

Մեթոդը բարձր ջերմաստիճանի պինդ ֆազային սինտերացման տեսակ է, որը հիմնականում օգտագործում է Si և C փոշու խառնուրդը որպես ներդրման փոշի, գրաֆիտային մատրիցը տեղադրվում է ներդրման փոշու մեջ, և բարձր ջերմաստիճանի սինտերացումը կատարվում է իներտ գազի մեջ, և վերջապես գրաֆիտային մատրիցի մակերեսին ստացվում է SiC ծածկույթ։ Գործընթացը պարզ է, և ծածկույթի և հիմքի միջև համադրությունը լավն է, բայց ծածկույթի միատարրությունը հաստության ուղղությամբ վատ է, ինչը հեշտացնում է ավելի շատ անցքերի առաջացումը և հանգեցնում է օքսիդացման ցածր դիմադրության։

Խոզանակով ծածկույթի մեթոդը.

Խոզանակով ծածկույթի մեթոդը հիմնականում հեղուկ հումքը գրաֆիտային մատրիցի մակերեսին խոզանակով քսելու, այնուհետև որոշակի ջերմաստիճանում հումքը կարծրացնելու համար ծածկույթը պատրաստելու համար է: Գործընթացը պարզ է և ցածր գնով, բայց խոզանակով ծածկույթի մեթոդով պատրաստված ծածկույթը թույլ է հիմքի հետ համակցված, ծածկույթի միատարրությունը վատ է, ծածկույթը բարակ է, իսկ օքսիդացման դիմադրությունը՝ ցածր, և դրան օժանդակելու համար անհրաժեշտ են այլ մեթոդներ:

Պլազմային ցողման մեթոդ.

Պլազմային ցողման մեթոդը հիմնականում պլազմային ատրճանակով գրաֆիտային մատրիցի մակերեսին հալված կամ կիսահալված հումքը ցողելն է, այնուհետև պնդացնելը և կապվելը՝ ծածկույթ առաջացնելու համար: Մեթոդը պարզ է օգտագործման համար և կարող է պատրաստել համեմատաբար խիտ սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթ, սակայն մեթոդով պատրաստված սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթը հաճախ չափազանց թույլ է և հանգեցնում է օքսիդացման թույլ դիմադրության, ուստի այն սովորաբար օգտագործվում է SiC կոմպոզիտային ծածկույթ պատրաստելու համար՝ ծածկույթի որակը բարելավելու համար:

Գել-սոլ մեթոդ.

Գել-սոլ մեթոդը հիմնականում միատարր և թափանցիկ սոլ լուծույթի պատրաստումն է, որը ծածկում է մատրիցի մակերեսը, չորանում է գելի վերածվելով, ապա սինտերացվում է՝ ծածկույթ ստանալու համար: Այս մեթոդը պարզ է օգտագործման համար և ցածր գնով, սակայն ստացված ծածկույթն ունի որոշ թերություններ, ինչպիսիք են ջերմային ցնցումների ցածր դիմադրությունը և ճաքերի առաջացման հեշտությունը, ուստի այն լայնորեն կիրառելի չէ:

Քիմիական գազային ռեակցիա (ՔԳՌ):

CVR-ը հիմնականում SiC ծածկույթ է ստեղծում՝ օգտագործելով Si և SiO2 փոշի՝ բարձր ջերմաստիճանում SiO գոլորշի ստանալու համար, և C նյութական հիմքի մակերեսին տեղի են ունենում մի շարք քիմիական ռեակցիաներ: Այս մեթոդով պատրաստված SiC ծածկույթը սերտորեն կապված է հիմքին, սակայն ռեակցիայի ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, և արժեքը՝ ավելի բարձր:

Քիմիական գոլորշու նստեցում (ՔԳՆ):

Ներկայումս, CVD-ն հիմքի մակերեսին SiC ծածկույթ պատրաստելու հիմնական տեխնոլոգիան է: Հիմնական գործընթացը գազային փուլի ռեակտիվ նյութի հիմքի մակերեսին ֆիզիկական և քիմիական ռեակցիաների շարք է, և վերջապես, SiC ծածկույթը պատրաստվում է հիմքի մակերեսին նստեցման միջոցով: CVD տեխնոլոգիայով պատրաստված SiC ծածկույթը սերտորեն կապված է հիմքի մակերեսին, ինչը կարող է արդյունավետորեն բարելավել հիմքի նյութի օքսիդացման դիմադրությունը և աբլյացիայի դիմադրությունը, սակայն այս մեթոդի նստեցման ժամանակը ավելի երկար է, և ռեակցիայի գազը պարունակում է որոշակի թունավոր գազ:

SiC ծածկույթով գրաֆիտային հիմքի շուկայի իրավիճակը

Երբ արտասահմանյան արտադրողները վաղ սկսեցին իրենց գործունեությունը, նրանք ունեին ակնհայտ առաջատարություն և բարձր շուկայական մասնաբաժին: Միջազգային մակարդակով SiC ծածկույթով գրաֆիտային հիմքի հիմնական մատակարարներն են հոլանդական Xycard-ը, գերմանական SGL Carbon-ը (SGL), ճապոնական Toyo Carbon-ը, ամերիկյան MEMC-ն և այլ ընկերություններ, որոնք հիմնականում զբաղեցնում են միջազգային շուկան: Չնայած Չինաստանը ներխուժել է գրաֆիտային մատրիցի մակերեսին SiC ծածկույթի միատարր աճի հիմնական տեխնոլոգիան, բարձրորակ գրաֆիտային մատրիցը դեռևս կախված է գերմանական SGL-ից, ճապոնական Toyo Carbon-ից և այլ ձեռնարկություններից, տեղական ձեռնարկությունների կողմից մատակարարվող գրաֆիտային մատրիցը ազդում է ծառայության ժամկետի վրա՝ ջերմահաղորդականության, առաձգականության մոդուլի, կոշտության մոդուլի, ցանցի թերությունների և այլ որակի խնդիրների պատճառով: MOCVD սարքավորումները չեն կարող բավարարել SiC ծածկույթով գրաֆիտային հիմքի օգտագործման պահանջները:

Չինաստանի կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը արագ զարգանում է, MOCVD էպիտաքսիալ սարքավորումների տեղայնացման աստիճանական աճի և այլ գործընթացային կիրառությունների ընդլայնման հետ մեկտեղ, կանխատեսվում է, որ SiC ծածկույթով գրաֆիտային հիմքով արտադրանքի ապագա շուկան արագ կաճի։ Արդյունաբերության նախնական գնահատականներով՝ ներքին գրաֆիտային հիմքով շուկան առաջիկա մի քանի տարիների ընթացքում կգերազանցի 500 միլիոն յուանը։

SiC պատված գրաֆիտային հիմքը բարդ կիսահաղորդչային արդյունաբերական սարքավորումների հիմնական բաղադրիչն է, որի արտադրության և արտադրության հիմնական տեխնոլոգիայի յուրացումը, ինչպես նաև ամբողջ հումք-գործընթաց-սարքավորում արդյունաբերական շղթայի տեղայնացումը մեծ ռազմավարական նշանակություն ունեն Չինաստանի կիսահաղորդչային արդյունաբերության զարգացումն ապահովելու համար: SiC պատված գրաֆիտային հիմքի ներքին արտադրությունը ծաղկում է ապրում, և արտադրանքի որակը շուտով կարող է հասնել միջազգային առաջադեմ մակարդակի: