Basis grafit berlapis SiC umumnya digunakan untuk menopang dan memanaskan substrat kristal tunggal dalam peralatan pengendapan uap kimia metal-organik (MOCVD). Stabilitas termal, keseragaman termal, dan parameter kinerja lainnya dari basis grafit berlapis SiC memainkan peran penting dalam kualitas pertumbuhan material epitaksial, sehingga merupakan komponen kunci inti dari peralatan MOCVD.
Dalam proses pembuatan wafer, lapisan epitaksial selanjutnya dibangun pada beberapa substrat wafer untuk memfasilitasi pembuatan perangkat. Perangkat pemancar cahaya LED tipikal perlu menyiapkan lapisan epitaksial GaAs pada substrat silikon; lapisan epitaksial SiC ditumbuhkan pada substrat SiC konduktif untuk pembuatan perangkat seperti SBD, MOSFET, dll., untuk aplikasi tegangan tinggi, arus tinggi, dan daya lainnya; lapisan epitaksial GaN dibangun pada substrat SiC semi-isolasi untuk selanjutnya membangun HEMT dan perangkat lain untuk aplikasi RF seperti komunikasi. Proses ini tidak terlepas dari peralatan CVD.
Dalam peralatan CVD, substrat tidak dapat langsung diletakkan di atas logam atau sekadar diletakkan di atas alas untuk deposisi epitaksial, karena melibatkan aliran gas (horizontal, vertikal), suhu, tekanan, fiksasi, pelepasan polutan, dan faktor-faktor pengaruh lainnya. Oleh karena itu, diperlukan alas, kemudian substrat diletakkan di atas cakram, dan selanjutnya deposisi epitaksial dilakukan pada substrat menggunakan teknologi CVD, dan alas ini adalah alas grafit berlapis SiC (juga dikenal sebagai tray).
Basis grafit berlapis SiC umumnya digunakan untuk menopang dan memanaskan substrat kristal tunggal dalam peralatan pengendapan uap kimia metal-organik (MOCVD). Stabilitas termal, keseragaman termal, dan parameter kinerja lainnya dari basis grafit berlapis SiC memainkan peran penting dalam kualitas pertumbuhan material epitaksial, sehingga merupakan komponen kunci inti dari peralatan MOCVD.
Deposisi uap kimia metal-organik (MOCVD) adalah teknologi utama untuk pertumbuhan epitaksial film GaN pada LED biru. Teknologi ini memiliki keunggulan pengoperasian yang sederhana, laju pertumbuhan yang dapat dikontrol, dan kemurnian film GaN yang tinggi. Sebagai komponen penting dalam ruang reaksi peralatan MOCVD, alas penopang yang digunakan untuk pertumbuhan epitaksial film GaN perlu memiliki keunggulan ketahanan suhu tinggi, konduktivitas termal yang seragam, stabilitas kimia yang baik, ketahanan terhadap guncangan termal yang kuat, dll. Material grafit dapat memenuhi kondisi tersebut.
Sebagai salah satu komponen inti peralatan MOCVD, basis grafit adalah pembawa dan badan pemanas substrat, yang secara langsung menentukan keseragaman dan kemurnian material film, sehingga kualitasnya secara langsung memengaruhi pembuatan lembaran epitaksial, dan pada saat yang sama, dengan meningkatnya jumlah penggunaan dan perubahan kondisi kerja, sangat mudah aus, sehingga termasuk dalam kategori bahan habis pakai.
Meskipun grafit memiliki konduktivitas termal dan stabilitas yang sangat baik, sehingga memiliki keunggulan sebagai komponen dasar peralatan MOCVD, namun dalam proses produksi, grafit akan menyebabkan korosi pada serbuk karena residu gas korosif dan senyawa organik logam, dan masa pakai komponen dasar grafit akan sangat berkurang. Pada saat yang sama, serbuk grafit yang berjatuhan akan menyebabkan polusi pada chip.
Munculnya teknologi pelapisan dapat memberikan fiksasi serbuk permukaan, meningkatkan konduktivitas termal, dan menyeimbangkan distribusi panas, yang telah menjadi teknologi utama untuk memecahkan masalah ini. Dalam lingkungan penggunaan peralatan MOCVD berbasis grafit, pelapisan permukaan berbasis grafit harus memenuhi karakteristik berikut:
(1) Basis grafit dapat terbungkus sepenuhnya, dan kepadatannya baik, jika tidak, basis grafit mudah terkorosi dalam gas korosif.
(2) Kekuatan kombinasi dengan basis grafit tinggi untuk memastikan lapisan tidak mudah terlepas setelah beberapa siklus suhu tinggi dan suhu rendah.
(3) Memiliki stabilitas kimia yang baik untuk menghindari kegagalan lapisan pada suhu tinggi dan atmosfer korosif.
SiC memiliki keunggulan ketahanan korosi, konduktivitas termal tinggi, ketahanan terhadap guncangan termal, dan stabilitas kimia yang tinggi, serta dapat bekerja dengan baik dalam atmosfer epitaksial GaN. Selain itu, koefisien ekspansi termal SiC sangat sedikit berbeda dari grafit, sehingga SiC merupakan material pilihan untuk pelapisan permukaan berbasis grafit.
Saat ini, SiC yang umum digunakan terutama adalah tipe 3C, 4H, dan 6H, dan penggunaan SiC dari berbagai tipe kristal berbeda-beda. Misalnya, 4H-SiC dapat digunakan untuk memproduksi perangkat daya tinggi; 6H-SiC adalah yang paling stabil dan dapat digunakan untuk memproduksi perangkat fotolistrik; karena strukturnya yang mirip dengan GaN, 3C-SiC dapat digunakan untuk menghasilkan lapisan epitaksial GaN dan memproduksi perangkat RF SiC-GaN. 3C-SiC juga dikenal sebagai β-SiC, dan penggunaan penting β-SiC adalah sebagai bahan film dan pelapis, sehingga β-SiC saat ini merupakan bahan utama untuk pelapisan.
Metode untuk menyiapkan lapisan silikon karbida
Saat ini, metode persiapan pelapisan SiC terutama meliputi metode gel-sol, metode penanaman, metode pelapisan kuas, metode penyemprotan plasma, metode reaksi gas kimia (CVR) dan metode pengendapan uap kimia (CVD).
Metode penyematan:
Metode ini merupakan jenis sintering fase padat suhu tinggi, yang terutama menggunakan campuran bubuk Si dan bubuk C sebagai bubuk pengisi, matriks grafit ditempatkan di dalam bubuk pengisi, dan sintering suhu tinggi dilakukan dalam gas inert, dan akhirnya lapisan SiC diperoleh pada permukaan matriks grafit. Prosesnya sederhana dan kombinasi antara lapisan dan substratnya baik, tetapi keseragaman lapisan sepanjang arah ketebalannya buruk, yang mudah menghasilkan lebih banyak lubang dan menyebabkan ketahanan oksidasi yang buruk.
Metode pelapisan dengan kuas:
Metode pelapisan dengan kuas terutama melibatkan pengolesan bahan baku cair pada permukaan matriks grafit, kemudian mengeringkan bahan baku tersebut pada suhu tertentu untuk menyiapkan lapisan. Prosesnya sederhana dan biayanya rendah, tetapi lapisan yang dihasilkan dengan metode pelapisan kuas memiliki daya rekat yang lemah dengan substrat, keseragaman lapisannya buruk, lapisannya tipis, dan ketahanan oksidasinya rendah, sehingga diperlukan metode lain untuk membantu proses ini.
Metode penyemprotan plasma:
Metode penyemprotan plasma terutama melibatkan penyemprotan bahan baku yang meleleh atau setengah meleleh ke permukaan matriks grafit menggunakan pistol plasma, kemudian memadatkan dan mengikatnya untuk membentuk lapisan. Metode ini mudah dioperasikan dan dapat menghasilkan lapisan silikon karbida yang relatif padat, tetapi lapisan silikon karbida yang dihasilkan dengan metode ini seringkali terlalu lemah dan menyebabkan ketahanan oksidasi yang rendah, sehingga umumnya digunakan untuk pembuatan lapisan komposit SiC guna meningkatkan kualitas lapisan.
Metode gel-sol:
Metode gel-sol terutama melibatkan pembuatan larutan sol yang seragam dan transparan untuk menutupi permukaan matriks, mengeringkannya menjadi gel, dan kemudian melakukan sintering untuk mendapatkan lapisan. Metode ini mudah dioperasikan dan berbiaya rendah, tetapi lapisan yang dihasilkan memiliki beberapa kekurangan seperti ketahanan terhadap guncangan termal yang rendah dan mudah retak, sehingga tidak dapat digunakan secara luas.
Reaksi Gas Kimia (CVR):
CVR terutama menghasilkan lapisan SiC dengan menggunakan bubuk Si dan SiO2 untuk menghasilkan uap SiO pada suhu tinggi, dan serangkaian reaksi kimia terjadi pada permukaan substrat material C. Lapisan SiC yang disiapkan dengan metode ini terikat erat pada substrat, tetapi suhu reaksinya lebih tinggi dan biayanya lebih tinggi.
Deposisi Uap Kimia (CVD):
Saat ini, CVD merupakan teknologi utama untuk menyiapkan lapisan SiC pada permukaan substrat. Proses utamanya adalah serangkaian reaksi fisik dan kimia dari bahan reaktan fase gas pada permukaan substrat, dan akhirnya lapisan SiC disiapkan dengan pengendapan pada permukaan substrat. Lapisan SiC yang disiapkan dengan teknologi CVD terikat erat pada permukaan substrat, yang dapat secara efektif meningkatkan ketahanan oksidasi dan ketahanan ablasi bahan substrat, tetapi waktu pengendapan metode ini lebih lama, dan gas reaksinya mengandung gas beracun tertentu.
Situasi pasar grafit berbasis berlapis SiC
Ketika produsen asing memulai lebih awal, mereka memiliki keunggulan yang jelas dan pangsa pasar yang tinggi. Secara internasional, pemasok utama basis grafit berlapis SiC adalah Xycard dari Belanda, SGL Carbon (SGL) dari Jerman, Toyo Carbon dari Jepang, MEMC dari Amerika Serikat, dan perusahaan lain, yang pada dasarnya menguasai pasar internasional. Meskipun Tiongkok telah berhasil menembus teknologi inti utama pertumbuhan lapisan SiC yang seragam pada permukaan matriks grafit, matriks grafit berkualitas tinggi masih bergantung pada SGL dari Jerman, Toyo Carbon dari Jepang, dan perusahaan lain. Matriks grafit yang disediakan oleh perusahaan domestik memiliki masalah kualitas seperti konduktivitas termal, modulus elastisitas, modulus kekakuan, cacat kisi, dan lain-lain. Peralatan MOCVD tidak dapat memenuhi persyaratan penggunaan basis grafit berlapis SiC.
Industri semikonduktor Tiongkok berkembang pesat, dengan peningkatan bertahap tingkat lokalisasi peralatan epitaksi MOCVD, dan perluasan aplikasi proses lainnya, pasar produk berbasis grafit berlapis SiC di masa depan diperkirakan akan tumbuh pesat. Menurut perkiraan awal industri, pasar berbasis grafit domestik akan melampaui 500 juta yuan dalam beberapa tahun ke depan.
Basis grafit berlapis SiC merupakan komponen inti dari peralatan industrialisasi semikonduktor majemuk. Menguasai teknologi inti utama produksi dan manufakturnya, serta mewujudkan lokalisasi seluruh rantai industri bahan baku-proses-peralatan, memiliki signifikansi strategis yang besar untuk memastikan perkembangan industri semikonduktor Tiongkok. Bidang basis grafit berlapis SiC domestik sedang berkembang pesat, dan kualitas produknya dapat segera mencapai tingkat internasional yang maju.
Waktu posting: 24 Juli 2023