Basis grafit berlapis SiC umumnya digunakan untuk menyangga dan memanaskan substrat kristal tunggal dalam peralatan pengendapan uap kimia organik-logam (MOCVD). Stabilitas termal, keseragaman termal, dan parameter kinerja lainnya dari basis grafit berlapis SiC memainkan peran penting dalam kualitas pertumbuhan material epitaksial, sehingga menjadi komponen kunci utama peralatan MOCVD.
Dalam proses pembuatan wafer, lapisan epitaksial selanjutnya dibangun pada beberapa substrat wafer untuk memfasilitasi pembuatan perangkat. Perangkat pemancar cahaya LED yang umum perlu menyiapkan lapisan epitaksial GaAs pada substrat silikon; Lapisan epitaksial SiC tumbuh pada substrat SiC konduktif untuk konstruksi perangkat seperti SBD, MOSFET, dll., untuk tegangan tinggi, arus tinggi, dan aplikasi daya lainnya; Lapisan epitaksial GaN dibangun pada substrat SiC semi-terisolasi untuk lebih lanjut membangun HEMT dan perangkat lain untuk aplikasi RF seperti komunikasi. Proses ini tidak dapat dipisahkan dari peralatan CVD.
Pada peralatan CVD, substrat tidak dapat langsung diletakkan pada logam atau hanya diletakkan pada alas untuk pengendapan epitaksial, karena melibatkan aliran gas (horizontal, vertikal), suhu, tekanan, fiksasi, pelepasan polutan, dan aspek lain dari faktor pengaruh. Oleh karena itu, diperlukan alas, kemudian substrat diletakkan pada cakram, dan kemudian pengendapan epitaksial dilakukan pada substrat menggunakan teknologi CVD, dan alas ini adalah alas grafit berlapis SiC (juga dikenal sebagai baki).
Basis grafit berlapis SiC umumnya digunakan untuk menyangga dan memanaskan substrat kristal tunggal dalam peralatan pengendapan uap kimia organik-logam (MOCVD). Stabilitas termal, keseragaman termal, dan parameter kinerja lainnya dari basis grafit berlapis SiC memainkan peran penting dalam kualitas pertumbuhan material epitaksial, sehingga menjadi komponen kunci utama peralatan MOCVD.
Deposisi uap kimia organik-logam (MOCVD) adalah teknologi utama untuk pertumbuhan epitaksial film GaN dalam LED biru. Teknologi ini memiliki keunggulan pengoperasian yang sederhana, laju pertumbuhan yang terkendali, dan kemurnian film GaN yang tinggi. Sebagai komponen penting dalam ruang reaksi peralatan MOCVD, alas bantalan yang digunakan untuk pertumbuhan epitaksial film GaN harus memiliki keunggulan ketahanan suhu tinggi, konduktivitas termal yang seragam, stabilitas kimia yang baik, ketahanan guncangan termal yang kuat, dll. Material grafit dapat memenuhi kondisi di atas.
Sebagai salah satu komponen inti peralatan MOCVD, dasar grafit merupakan pembawa dan badan pemanas substrat, yang secara langsung menentukan keseragaman dan kemurnian bahan film, sehingga kualitasnya secara langsung memengaruhi persiapan lembaran epitaksial, dan pada saat yang sama, dengan peningkatan jumlah penggunaan dan perubahan kondisi kerja, sangat mudah aus, termasuk bahan habis pakai.
Meskipun grafit memiliki konduktivitas termal dan stabilitas yang sangat baik, grafit memiliki keunggulan yang baik sebagai komponen dasar peralatan MOCVD, tetapi dalam proses produksi, grafit akan menimbulkan korosi pada bubuk karena residu gas korosif dan bahan organik metalik, dan masa pakai dasar grafit akan sangat berkurang. Pada saat yang sama, bubuk grafit yang jatuh akan menyebabkan polusi pada chip.
Munculnya teknologi pelapisan dapat memberikan fiksasi serbuk permukaan, meningkatkan konduktivitas termal, dan menyamakan distribusi panas, yang telah menjadi teknologi utama untuk mengatasi masalah ini. Basis grafit dalam lingkungan penggunaan peralatan MOCVD, pelapisan permukaan basis grafit harus memenuhi karakteristik berikut:
(1) Basis grafit dapat dibungkus sepenuhnya, dan kepadatannya bagus, jika tidak, basis grafit mudah terkorosi dalam gas korosif.
(2) Kekuatan kombinasi dengan dasar grafit tinggi untuk memastikan bahwa lapisan tidak mudah terkelupas setelah beberapa siklus suhu tinggi dan suhu rendah.
(3) Memiliki stabilitas kimia yang baik untuk menghindari kegagalan pelapisan pada suhu tinggi dan atmosfer korosif.
SiC memiliki keunggulan ketahanan terhadap korosi, konduktivitas termal yang 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 adalah tipe 3C, 4H, dan 6H, dan penggunaan SiC pada berbagai jenis kristal berbeda-beda. Misalnya, 4H-SiC dapat memproduksi perangkat berdaya tinggi; 6H-SiC adalah yang paling stabil dan dapat memproduksi perangkat fotolistrik; Karena strukturnya yang mirip dengan GaN, 3C-SiC dapat digunakan untuk memproduksi 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 deposisi 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 penyisipan, matriks grafit ditempatkan dalam bubuk penyisipan, 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 bagus, tetapi keseragaman lapisan sepanjang arah ketebalannya buruk, yang mudah menghasilkan lebih banyak lubang dan menyebabkan ketahanan oksidasi yang buruk.
Metode pelapisan kuas:
Metode pelapisan kuas terutama dilakukan dengan menyikat bahan baku cair pada permukaan matriks grafit, kemudian mengeringkan bahan baku pada suhu tertentu untuk menyiapkan pelapisan. Prosesnya sederhana dan biayanya rendah, tetapi pelapisan yang disiapkan dengan metode pelapisan kuas lemah dalam kombinasi dengan substrat, keseragaman pelapisan buruk, pelapisan tipis dan ketahanan oksidasi rendah, dan metode lain diperlukan untuk membantunya.
Metode penyemprotan plasma:
Metode penyemprotan plasma terutama menyemprotkan bahan baku yang dicairkan atau setengah cair pada permukaan matriks grafit dengan pistol plasma, kemudian memadatkannya dan mengikatnya untuk membentuk lapisan. Metode ini mudah dioperasikan dan dapat menyiapkan lapisan silikon karbida yang relatif padat, tetapi lapisan silikon karbida yang disiapkan dengan metode ini seringkali terlalu lemah dan menyebabkan ketahanan oksidasi yang lemah, sehingga umumnya digunakan untuk persiapan lapisan komposit SiC untuk meningkatkan kualitas lapisan.
Metode gel-sol:
Metode gel-sol utamanya adalah menyiapkan larutan sol yang seragam dan transparan yang menutupi permukaan matriks, mengeringkannya menjadi gel, lalu melakukan sintering untuk memperoleh lapisan. Metode ini mudah dioperasikan dan berbiaya rendah, tetapi lapisan yang dihasilkan memiliki beberapa kekurangan seperti ketahanan 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 dengan 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 secara efektif dapat meningkatkan ketahanan oksidasi dan ketahanan ablatif bahan substrat, tetapi waktu pengendapan metode ini lebih lama, dan gas reaksi memiliki gas beracun tertentu.
Situasi pasar basis grafit berlapis SiC
Ketika produsen asing memulai lebih awal, mereka memiliki keunggulan yang jelas dan pangsa pasar yang tinggi. Secara internasional, pemasok utama dasar grafit berlapis SiC adalah Xycard Belanda, SGL Carbon Jerman (SGL), Toyo Carbon Jepang, MEMC Amerika Serikat dan perusahaan lain, yang pada dasarnya menempati pasar internasional. Meskipun Tiongkok telah menembus teknologi inti utama pertumbuhan seragam lapisan SiC pada permukaan matriks grafit, matriks grafit berkualitas tinggi masih bergantung pada SGL Jerman, Toyo Carbon Jepang dan perusahaan lain, matriks grafit yang disediakan oleh perusahaan dalam negeri memengaruhi masa pakai karena konduktivitas termal, modulus elastisitas, modulus kaku, cacat kisi dan masalah kualitas lainnya. Peralatan MOCVD tidak dapat memenuhi persyaratan penggunaan dasar grafit berlapis SiC.
Industri semikonduktor Tiongkok berkembang pesat, dengan peningkatan bertahap tingkat lokalisasi peralatan epitaksial MOCVD, dan perluasan aplikasi proses lainnya, pasar produk dasar grafit berlapis SiC di masa mendatang diperkirakan akan tumbuh pesat. Menurut perkiraan awal industri, pasar dasar grafit domestik akan melampaui 500 juta yuan dalam beberapa tahun mendatang.
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 pengembangan industri semikonduktor Tiongkok. Bidang basis grafit berlapis SiC domestik sedang berkembang pesat, dan kualitas produknya dapat segera mencapai tingkat lanjutan internasional.
Waktu posting: 24-Jul-2023