Epitaxial lag er sérstök einkristalla þunn filma sem ræktuð er á skífuundirlag með epitaxial ferli; undirlagsskífan og epitaxial filman eru sameiginlega nefnd epitaxial skífa. Meðal þessara er ræktun epitaxial lags úr kísilkarbíði á leiðandi kísilkarbíði undirlagi einsleit kísilkarbíði epitaxial skífa, sem hægt er að framleiða frekar í aflgjafa eins og Schottky díóður, MOSFET og IGBT. Algengasta undirlagsgerðin er 4H-SiC undirlag.
Þar sem nánast öll tæki eru smíðuð á epitaxiallögum hefur gæði epitaxiallagsins veruleg áhrif á afköst tækisins. Hins vegar er gæði epitaxiallagsins undir áhrifum frá kristalla- og undirlagsvinnslu, sem setur það á mikilvægan tímapunkt í greininni og gegnir lykilhlutverki í þróun hennar.
Helstu aðferðirnar til að búa til epitaxiallög úr kísilkarbíði eru meðal annars: gufuútfelling; vökvafasaútfelling (LPE); sameindageislaútfelling (MBE); og efnafræðileg gufuútfelling (CVD). Meðal þessara er efnafræðileg gufuútfelling (CVD) mest notaða aðferðin fyrir einsleita 4H-SiC útfellingu. 4H-SiC CVD útfelling notar venjulega CVD búnað, sem tryggir samfellu 4H-SiC kristalbyggingarinnar við hátt vaxtarhitastig.
Í CVD búnaði er ekki hægt að setja undirlagið beint á málmflöt eða einfaldlega setja það á undirlag fyrir epitaxíska útfellingu, þar sem þetta felur í sér ýmsa áhrifaþætti eins og stefnu gasflæðis (lárétt, lóðrétt), hitastig, þrýsting, festingu og mengun frá losandi ögnum. Þess vegna er þörf á stuðningsgrunni; undirlagið er sett á bakka og epitaxísk útfelling er síðan framkvæmd á undirlaginu með CVD tækni. Þessi stuðningsgrunnur er SiC-húðaður grafítgrunnur.
Sem kjarnaþáttur hefur grafítundirlagið mikinn sértækan styrk og sértækan stuðull, sem og góða hitaáfalls- og tæringarþol. Hins vegar, við framleiðslu, verður grafítið fyrir tæringu og losun dufts vegna ætandi lofttegunda og leifa af lífrænum málmsamböndum, sem dregur verulega úr endingartíma undirlagsins. Á sama tíma getur losnað grafítduftið mengað flísarnar. Við framleiðslu á kísilkarbíð epitaxial skífum hefur orðið sífellt erfiðara að uppfylla sífellt strangari kröfur til grafítefna, sem takmarkar verulega þróun þeirra og hagnýtingu. Þar af leiðandi,húðunartæknihefur komið fram sem lausn.
Kostir SiC húðunar í hálfleiðaraiðnaðinum
Eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar húðunar verða að uppfylla strangar kröfur um háhita- og tæringarþol, þar sem þetta hefur bein áhrif á afköst og líftíma vörunnar. SiC-efnið hefur mikinn styrk, mikla hörku, lágan varmaþenslustuðul og framúrskarandi varmaleiðni, sem gerir það að mikilvægu byggingar- og hálfleiðaraefni sem tekst við háhita. Þegar það er notað á grafítundirlag eru kostir þess meðal annars:
1) SiC er tæringarþolið og getur hulið grafít undirlagið að fullu. Hár eðlisþyngd þess kemur í veg fyrir skemmdir af völdum ætandi lofttegunda.
2) SiC hefur mikla varmaleiðni og sterkan límstyrk við grafít undirlagið, sem tryggir að húðunin helst óskemmd jafnvel eftir endurteknar hringrásir við hátt og lágt hitastig.
3) SiC hefur framúrskarandi efnafræðilegan stöðugleika og kemur í veg fyrir bilun í húðun í háhita og ætandi andrúmslofti.
Þar að auki þurfa ofnar úr mismunandi efnum grafítbakka með sérstökum afköstum. Varmaþenslustuðull grafítefnisins verður að vera samhæfður vaxtarhitastigi ofnsins. Til dæmis, þar sem vaxtarhitastig kísillkarbíðs er hátt, þarf bakka með mikilli varmaþenslustuðli. Varmaþenslustuðull SiC er mjög lítill frábrugðinn grafíti, sem gerir það að kjörefni til að húða yfirborð grafítundirlaga.
SiC er til í mörgum kristallaformum, þar sem algengustu eru 3C, 4H og 6H gerðir, sem hver þjónar mismunandi notkun. Til dæmis er 4H-SiC notað til að framleiða öflug tæki; 6H-SiC er stöðugast og er notað til að framleiða ljósfræðileg tæki; og 3C-SiC, vegna byggingarlíkingar við GaN, er notað til að framleiða GaN epitaxial lög til framleiðslu á SiC-GaN RF tækjum. 3C-SiC er einnig almennt nefnt β-SiC. Lykilnotkun β-SiC er sem þunnfilma og húðunarefni; þar af leiðandi er β-SiC aðal efnið sem notað er í húðanir nú.
Sem algeng neysluvara í framleiðslu hálfleiðara eru SiC húðanir aðallega notaðar í ferlum eins og undirbúningi undirlags, epitaxíu, oxun og dreifingu, etsun og jónaígræðslu. Eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar húðunarinnar verða að uppfylla strangar kröfur um háhitaþol og tæringarþol, þar sem þetta hefur bein áhrif á afköst og líftíma vörunnar. Þar af leiðandi er undirbúningur SiC húðunar mikilvægur.
Aðferð til að búa til kísilkarbíðhúðun
Eins og er eru helstu aðferðirnar til að búa til SiC húðanir meðal annars sol-gel aðferðin, innfellingaraðferðin, burstahúðun, plasmaúðun, efnagufuviðbrögð (CVR) og efnagufuútfelling (CVD).
Innfellingaraðferð
Þessi aðferð er tegund af háhita föst-fasa sintrun. Hún notar aðallega blöndu af kísil (Si) dufti og kolefni (C) dufti sem innfellingarduft. Grafít undirlag er sett í innfellingarduftið og sintrað við háan hita í óvirkum gaslofti, sem að lokum myndar SiC húð á yfirborði grafít undirlagsins. Þessi aðferð einkennist af einföldu ferli og góðri viðloðun milli húðarinnar og undirlagsins; Hins vegar sýnir húðin lélega einsleitni eftir þykktarstefnunni og er viðkvæm fyrir fjölmörgum svigrúmum, sem leiðir til lélegrar oxunarþols.
Burstahúðunaraðferð
Burstahúðunaraðferðin felst aðallega í því að bera fljótandi hráefni á yfirborð grafítundirlagsins og síðan herða efnið við ákveðið hitastig til að mynda húðunina. Þessi aðferð er einföld og hagkvæm; hins vegar sýnir húðunin sem myndast veika viðloðun við undirlagið, lélega einsleitni og er tiltölulega þunn með litla oxunarþol, sem krefst viðbótaraðferða.
Plasmaúðunaraðferð
Plasmaúðunaraðferðin felst í því að nota plasmabyssu til að úða bráðnu eða hálfbráðnu hráefni á yfirborð grafítundirlagsins, sem síðan storknar og bindist til að mynda húðun. Þessi aðferð er einföld í notkun og getur framleitt tiltölulega þéttar kísilkarbíðhúðanir; Hins vegar eru húðanirnar sem myndast oft of þunnar, sem leiðir til lélegrar oxunarþols. Þess vegna er hún almennt notuð við framleiðslu á SiC samsettum húðunum til að bæta gæði húðunar.
Gel-Sol aðferðin
Gel-sol aðferðin felst aðallega í því að útbúa einsleita, gegnsæja sollausn til að húða yfirborð undirlagsins. Eftir að efnið hefur þornað í gel er það sintrað til að mynda húðunina. Þessi aðferð er einföld í notkun og tiltölulega ódýr; hins vegar eru húðanirnar sem myndast vegna galla eins og lágs hitaáfallsþols og tilhneigingu til sprungna, sem takmarkar útbreidda notkun þeirra.
Aðferð við efnafræðilega gufuviðbrögð (CVR)
CVR notar aðallega Si og SiO₂ duft til að mynda SiO₂ gufu við hátt hitastig, sem veldur röð efnahvarfa á yfirborði Si undirlagsins til að mynda SiC húð. SiC húðin sem framleidd er með þessari aðferð binst þétt við undirlagið; hins vegar er viðbragðshitastigið hátt og kostnaðurinn einnig tiltölulega hár.
Efnafræðileg gufuútfelling (CVD)
CVD er nú helsta tæknin til að búa til SiC húðun á yfirborði undirlags. Helsta ferlið felur í sér röð eðlis- og efnafræðilegra viðbragða milli loftkenndra hvarfefna og yfirborðs undirlagsins, sem að lokum leiðir til útfellingar SiC húðunar. SiC húðun sem framleidd er með CVD tækni bindist þétt við yfirborð undirlagsins og getur á áhrifaríkan hátt bætt oxunarþol og eyðingarþol undirlagsins; þó krefst þessi aðferð tiltölulega langs útfellingartíma og hvarfgasið inniheldur ákveðin eitruð efni.
Þróun í SiC húðun
SiC-húðun er aðallega notuð sem rekstrarvörur í framleiðslu hálfleiðara, þar sem lykilafköst eru meðal annars einsleitni húðunar, varmaþenslustuðull og varmaleiðni. Þó að mikil eftirspurn sé eftir SiC-húðun innanlands í Kína, er tæknin enn óþroskuð. Erlendis starfar aðeins eitt bandarískt fyrirtæki á þessu sviði og vörur þess eru tiltölulega dýrar.
Kristalbátareru rekstrarvörur sem notaðar eru í framleiðslu á epitaxial grafíti sem geta komið í stað SiC-húðaðs grafíts, þótt markaðsmagnið sé lítið. Næst á dagskrá er TaC-húðað grafít, sem býður upp á betri efnaþol gegn tæringu en óblandað grafít eða SiC-húðað grafít, en það er óheyrilega dýrt og enn á frumstigi þróunar. Eins og er eru innlend fyrirtæki eins ogLiufang hálfleiðari, SemiceraogVetek hálfleiðarieru að vinna að rannsóknum og þróun á þessu sviði.
Birtingartími: 20. maí 2026