Էպիտաքսիալ շերտը վաֆլիի հիմքի վրա էպիտաքսիալ գործընթացով աճեցված որոշակի միաբյուրեղային բարակ թաղանթ է. հիմքի վաֆլին և էպիտաքսիալ թաղանթը միասին անվանում են էպիտաքսիալ վաֆլի: Դրանցից, սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիալ շերտի աճեցումը հաղորդիչ սիլիցիումի կարբիդային հիմքի վրա առաջացնում է համասեռ սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիալ վաֆլի, որը կարող է հետագայում օգտագործվել որպես էլեկտրական սարքեր, ինչպիսիք են Շոտկիի դիոդները, MOSFET-ները և IGBT-ները: Առավել լայնորեն օգտագործվող հիմքի տեսակը 4H-SiC հիմքն է:
Քանի որ գրեթե բոլոր սարքերը պատրաստվում են էպիտաքսիալ շերտերի վրա, էպիտաքսիալ շերտի որակը զգալի ազդեցություն ունի սարքի աշխատանքի վրա: Այնուամենայնիվ, էպիտաքսիալ շերտի որակը կախված է բյուրեղների և հիմքերի մշակումից, ինչը այն դնում է արդյունաբերության կարևորագույն փուլում և կարևոր դեր է խաղում դրա զարգացման գործում:
Սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիալ շերտեր պատրաստելու հիմնական մեթոդներն են՝ գոլորշու նստեցումը, հեղուկ փուլի էպիտաքսիան (LPE), մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիան (MBE) և քիմիական գոլորշու նստեցումը (CVD): Դրանց թվում քիմիական գոլորշու նստեցումը (CVD) 4H-SiC համասեռ էպիտաքսիայի ամենատարածված մեթոդն է: 4H-SiC CVD էպիտաքսիան սովորաբար օգտագործում է CVD սարքավորումներ, որոնք ապահովում են 4H-SiC բյուրեղային կառուցվածքի շարունակականությունը բարձր աճի ջերմաստիճաններում:
CVD սարքավորումներում հիմքը չի կարող ուղղակիորեն տեղադրվել մետաղական մակերեսի վրա կամ պարզապես տեղադրվել էպիտաքսիալ նստեցման համար նախատեսված հիմքի վրա, քանի որ դա ներառում է տարբեր ազդող գործոններ, ինչպիսիք են գազի հոսքի ուղղությունը (հորիզոնական, ուղղահայաց), ջերմաստիճանը, ճնշումը, ֆիքսացիան և թափվող մասնիկներից աղտոտումը: Հետևաբար, անհրաժեշտ է հենարանային հիմք. հիմքը տեղադրվում է սկուտեղի վրա, և այնուհետև էպիտաքսիալ նստեցումն իրականացվում է հիմքի վրա՝ օգտագործելով CVD տեխնոլոգիան: Այս հենարանը SiC-ով պատված գրաֆիտային հիմք է:
Որպես հիմնական բաղադրիչ, գրաֆիտային հիմքը առանձնանում է բարձր տեսակարար ամրությամբ և տեսակարար մոդուլով, ինչպես նաև լավ ջերմային ցնցումների և կոռոզիայի դիմադրողականությամբ: Այնուամենայնիվ, արտադրության ընթացքում գրաֆիտը ենթարկվում է կոռոզիայի և փոշու թափման՝ կոռոզիոն գազերի և մնացորդային օրգանոմետաղական միացությունների պատճառով, ինչը զգալիորեն կրճատում է հիմքի ծառայության ժամկետը: Միևնույն ժամանակ, թափված գրաֆիտի փոշին կարող է աղտոտել չիպսերը: Սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիալ թիթեղների արտադրության մեջ գրաֆիտային նյութերի նկատմամբ անընդհատ խստացող պահանջները բավարարելը գնալով դժվարանում է, ինչը լրջորեն սահմանափակում է դրանց մշակումը և գործնական կիրառումը: Հետևաբար,ծածկույթի տեխնոլոգիաորպես լուծում է ի հայտ եկել։
SiC ծածկույթների առավելությունները կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ
Ծածկույթների ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները պետք է համապատասխանեն բարձր ջերմաստիճանային և կոռոզիոն դիմադրության խիստ պահանջներին, քանի որ դրանք անմիջականորեն ազդում են արտադրանքի արտադրողականության և կյանքի տևողության վրա: SiC նյութը օժտված է բարձր ամրությամբ, բարձր կարծրությամբ, ջերմային ընդարձակման ցածր գործակցով և գերազանց ջերմահաղորդականությամբ, ինչը այն դարձնում է կարևորագույն բարձր ջերմաստիճանային կառուցվածքային և կիսահաղորդչային նյութ: Գրաֆիտային հիմքերի վրա կիրառվելիս դրա առավելություններն են՝
1) SiC-ը կոռոզիակայուն է և կարող է ամբողջությամբ պատել գրաֆիտային հիմքը։ Դրա բարձր խտությունը կանխում է կոռոզիոն գազերից վնասվելը։
2) SiC-ն ունի բարձր ջերմահաղորդականություն և գրաֆիտային հիմքի հետ ամուր կպչունության ամրություն, ինչը ապահովում է ծածկույթի անվնաս մնալը նույնիսկ բարձր-ցածր ջերմաստիճանային ցիկլերի կրկնությունից հետո։
3) SiC-ն ունի գերազանց քիմիական կայունություն, որը կանխում է ծածկույթի քայքայումը բարձր ջերմաստիճանի, կոռոզիոն մթնոլորտներում:
Ավելին, տարբեր նյութերից պատրաստված էպիտաքսիալ վառարանները պահանջում են գրաֆիտային սկուտեղներ՝ որոշակի կատարողականության չափանիշներով: Գրաֆիտային նյութի ջերմային ընդարձակման գործակիցը պետք է համատեղելի լինի էպիտաքսիալ վառարանի աճի ջերմաստիճանի հետ: Օրինակ, քանի որ սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիայի աճի ջերմաստիճանը բարձր է, պահանջվում են բարձր աստիճանի ջերմային ընդարձակման գործակցի համապատասխանեցման սկուտեղներ: SiC-ի ջերմային ընդարձակման գործակիցը շատ քիչ է տարբերվում գրաֆիտի գործակիցից, ինչը այն դարձնում է գրաֆիտային հիմքերի մակերեսը պատելու համար նախընտրելի նյութ:
SiC-ն գոյություն ունի բազմաթիվ բյուրեղային ձևերով, որոնցից ամենատարածվածներն այժմ 3C, 4H և 6H տեսակներն են, որոնցից յուրաքանչյուրը ծառայում է տարբեր կիրառությունների: Օրինակ, 4H-SiC-ն օգտագործվում է բարձր հզորության սարքեր արտադրելու համար, 6H-SiC-ն ամենակայունն է և օգտագործվում է օպտոէլեկտրոնային սարքեր արտադրելու համար, իսկ 3C-SiC-ն, GaN-ի հետ իր կառուցվածքային նմանության շնորհիվ, օգտագործվում է GaN էպիտաքսիալ շերտեր արտադրելու համար՝ SiC-GaN RF սարքեր արտադրելու համար: 3C-SiC-ն նաև սովորաբար անվանում են β-SiC: β-SiC-ի հիմնական կիրառությունը բարակ թաղանթային և ծածկույթային նյութի տեսքով է. հետևաբար, β-SiC-ն ներկայումս ծածկույթների համար օգտագործվող հիմնական նյութն է:
Որպես կիսահաղորդչային արտադրության մեջ տարածված սպառվող նյութ, SiC ծածկույթները հիմնականում օգտագործվում են այնպիսի գործընթացներում, ինչպիսիք են հիմքի պատրաստումը, էպիտաքսիան, օքսիդացումը և դիֆուզիան, փորագրումը և իոնային իմպլանտացիան: Ծածկույթի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները պետք է համապատասխանեն բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության և կոռոզիոն դիմադրության խիստ պահանջներին, քանի որ դրանք անմիջականորեն ազդում են արտադրանքի բերքատվության և կյանքի տևողության վրա: Հետևաբար, SiC ծածկույթների պատրաստումը կարևորագույն նշանակություն ունի:
Սիլիկոնային կարբիդային ծածկույթների պատրաստման գործընթաց
Ներկայումս SiC ծածկույթների պատրաստման հիմնական մեթոդներն են՝ սոլ-գել մեթոդը, ներդրման մեթոդը, խոզանակով ծածկույթը, պլազմային ցողումը, քիմիական գոլորշու ռեակցիան (ՔԳՌ) և քիմիական գոլորշու նստեցումը (ՔԳՆ):
Ներդրման մեթոդ
Այս մեթոդը բարձր ջերմաստիճանային պինդ վիճակում սինտերացման տեսակ է: Այն հիմնականում օգտագործում է սիլիցիումի (Si) փոշու և ածխածնի (C) փոշու խառնուրդ որպես ներդրման փոշի: Գրաֆիտային հիմքը տեղադրվում է ներդրման փոշու մեջ և սինտերացվում է բարձր ջերմաստիճաններում իներտ գազի մթնոլորտում, ի վերջո գրաֆիտային հիմքի մակերեսին առաջացնելով SiC ծածկույթ: Այս մեթոդը բնութագրվում է պարզ գործընթացով և ծածկույթի և հիմքի միջև լավ կպչունությամբ. սակայն ծածկույթը ցուցաբերում է վատ միատարրություն հաստության ուղղությամբ և հակված է բազմաթիվ ծակոտիների առաջացմանը, ինչը հանգեցնում է օքսիդացման նկատմամբ վատ դիմադրության:
Խոզանակով ծածկույթի մեթոդ
Խոզանակով ծածկույթի մեթոդը հիմնականում ներառում է հեղուկ հումքի քսումը գրաֆիտային հիմքի մակերեսին, որին հաջորդում է նյութի որոշակի ջերմաստիճանում չորացումը՝ ծածկույթը ձևավորելու համար: Այս մեթոդը պարզ է և ծախսարդյունավետ, սակայն արդյունքում ստացված ծածկույթը թույլ կպչունություն ունի հիմքին, վատ միատարրություն և համեմատաբար բարակ է՝ ցածր օքսիդացման դիմադրողականությամբ, ինչը պահանջում է լրացուցիչ մեթոդներ:
Պլազմային ցողման մեթոդ
Պլազմային ցողման մեթոդը ներառում է պլազմային ատրճանակի միջոցով հալված կամ կիսահալված հումքը ցողել գրաֆիտային հիմքի մակերեսին, որը այնուհետև պնդանում և կապվում է՝ առաջացնելով ծածկույթ: Այս մեթոդը պարզ է օգտագործման համար և կարող է ստանալ համեմատաբար խիտ սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթներ. սակայն ստացված ծածկույթները հաճախ չափազանց բարակ են, ինչը հանգեցնում է օքսիդացման նկատմամբ վատ դիմադրության: Հետևաբար, այն սովորաբար օգտագործվում է SiC կոմպոզիտային ծածկույթների պատրաստման մեջ՝ ծածկույթի որակը բարելավելու համար:
Գել-սոլ մեթոդ
Գել-սոլ մեթոդը հիմնականում ներառում է միատարր, թափանցիկ սոլ լուծույթի պատրաստումը՝ հիմքի մակերեսը պատելու համար: Գելի վերածվելուց հետո նյութը սինթեզվում է՝ ծածկույթը ձևավորելու համար: Այս մեթոդը պարզ է օգտագործման համար և համեմատաբար էժան, սակայն ստացված ծածկույթները ունեն թերություններ, ինչպիսիք են ջերմային ցնցումների ցածր դիմադրությունը և ճաքելու հակումը, ինչը սահմանափակում է դրանց լայն կիրառումը:
Քիմիական գոլորշու ռեակցիայի (ՔԳՌ) մեթոդ
CVR-ը հիմնականում օգտագործում է Si և SiO₂ փոշիներ՝ բարձր ջերմաստիճաններում SiO₂ գոլորշի ստանալու համար, ինչը Si հիմքի մակերեսին առաջացնում է մի շարք քիմիական ռեակցիաներ՝ SiC ծածկույթ առաջացնելու համար: Այս մեթոդով ստացված SiC ծածկույթը ամուր կպչում է հիմքին, սակայն ռեակցիայի ջերմաստիճանը բարձր է, և արժեքը նույնպես համեմատաբար բարձր է:
Քիմիական գոլորշու նստեցում (ՔԳՆ)
Ներկայումս CVD-ն հիմքի մակերեսների վրա SiC ծածկույթներ պատրաստելու հիմնական տեխնոլոգիան է: Հիմնական գործընթացը ներառում է գազային ռեակտիվների և հիմքի մակերեսի միջև ֆիզիկաքիմիական մի շարք ռեակցիաներ, որոնք, ի վերջո, հանգեցնում են SiC ծածկույթի նստեցմանը: CVD տեխնոլոգիայով արտադրված SiC ծածկույթները ամուր կպչում են հիմքի մակերեսին և կարող են արդյունավետորեն բարելավել հիմքի նյութի օքսիդացման և աբլացիայի դիմադրությունը. սակայն այս մեթոդը պահանջում է համեմատաբար երկար նստեցման ժամանակ, և ռեակցիայի գազերը պարունակում են որոշակի թունավոր բաղադրիչներ:
SiC ծածկույթների միտումները
SiC ծածկույթները հիմնականում օգտագործվում են որպես սպառվող նյութեր կիսահաղորդչային արտադրության մեջ, որոնց հիմնական ցուցանիշներն են ծածկույթի միատարրությունը, ջերմային ընդարձակման գործակիցը և ջերմահաղորդականությունը: Չնայած Չինաստանում SiC ծածկույթների զգալի ներքին պահանջարկ կա, տեխնոլոգիան դեռևս անմշակ է: Արտասահմանում այս ոլորտում գործում է միայն մեկ ամերիկյան ընկերություն, և դրա արտադրանքը համեմատաբար թանկ է:
Բյուրեղապակյա նավակներէպիտաքսիալ արտադրության մեջ օգտագործվող սպառվող նյութեր են, որոնք կարող են փոխարինել SiC-ով պատված գրաֆիտին, չնայած շուկայի ծավալը փոքր է: Հաջորդը TaC-ով պատված գրաֆիտն է, որն ապահովում է ավելի լավ քիմիական կոռոզիոն դիմադրություն, քան մերկ գրաֆիտը կամ SiC-ով պատված գրաֆիտը, բայց այն չափազանց թանկ է և դեռևս զարգացման վաղ փուլում է: Ներկայումս տեղական ընկերություններ, ինչպիսիք ենLiufang կիսահաղորդիչ, Սեմիցերա, ևՎետեկ կիսահաղորդչայինզբաղվում են այս ոլորտում հետազոտություններով և զարգացումներով։
Հրապարակման ժամանակը. Մայիսի 20-2026