חלקי מוליכים למחצה - בסיס גרפיט מצופה SiC

בסיסי גרפיט מצופים SiC משמשים בדרך כלל לתמיכה וחימום של מצעים גבישיים יחידים בציוד MOCVD (מתכת-אורגני). היציבות התרמית, האחידות התרמית ופרמטרי ביצועים אחרים של בסיס גרפיט מצופה SiC ממלאים תפקיד מכריע באיכות צמיחת החומר האפיטקסיאלי, ולכן זהו המרכיב המרכזי של ציוד MOCVD.

בתהליך ייצור פרוסות סיליקון, שכבות אפיטקסיאליות נבנות עוד על גבי חלק ממצעי הפרוסות סיליקון כדי להקל על ייצור התקנים. התקני LED אופייניים צריכים להכין שכבות אפיטקסיאליות של GaAs על גבי מצעי סיליקון; שכבת האפיטקסיאלית של SiC גדלה על גבי מצע SiC מוליך לבניית התקנים כגון SBD, MOSFET וכו', עבור יישומי מתח גבוה, זרם גבוה ויישומי הספק אחרים; שכבת האפיטקסיאלית של GaN נבנית על גבי מצע SiC מבודד למחצה כדי לבנות עוד יותר HEMT והתקנים אחרים עבור יישומי RF כגון תקשורת. תהליך זה בלתי נפרד מציוד CVD.

בציוד CVD, לא ניתן להניח את המצע ישירות על המתכת או פשוט להניח אותו על בסיס לצורך השקיעה אפיטקסיאלית, מכיוון שזה כרוך בזרימת גז (אופקית, אנכית), טמפרטורה, לחץ, קיבוע, פליטת מזהמים והיבטים אחרים של גורמי השפעה. לכן, יש צורך להשתמש בבסיס, ולאחר מכן להניח את המצע על הדיסק, ולאחר מכן להשתמש בטכנולוגיית CVD לצורך השקיעה אפיטקסיאלית על המצע, שהוא בסיס גרפיט מצופה SiC (הידוע גם כמגש).

בסיסי גרפיט מצופים SiC משמשים בדרך כלל לתמיכה וחימום של מצעים גבישיים יחידים בציוד MOCVD (מתכת-אורגני). היציבות התרמית, האחידות התרמית ופרמטרי ביצועים אחרים של בסיס גרפיט מצופה SiC ממלאים תפקיד מכריע באיכות צמיחת החומר האפיטקסיאלי, ולכן זהו המרכיב המרכזי של ציוד MOCVD.

שקיעת אדים כימית אורגנית-מתכתית (MOCVD) היא הטכנולוגיה המרכזית לגידול אפיטקסיאלי של סרטי GaN ב-LED כחול. יש לה יתרונות של פעולה פשוטה, קצב גידול נשלט וטוהר גבוה של סרטי GaN. כמרכיב חשוב בתא התגובה של ציוד MOCVD, בסיס המיסב המשמש לגידול אפיטקסיאלי של סרטי GaN צריך להיות בעל יתרונות של עמידות בטמפרטורה גבוהה, מוליכות תרמית אחידה, יציבות כימית טובה, עמידות חזקה להלם תרמי וכו'. חומר גרפיט יכול לעמוד בתנאים הנ"ל.

כאחד המרכיבים המרכזיים של ציוד MOCVD, בסיס גרפיט הוא גוף הנשא והחימום של המצע, הקובע ישירות את האחידות והטוהר של חומר הסרט, ולכן איכותו משפיעה ישירות על הכנת יריעת האפיטקסיאלית, ובמקביל, עם העלייה במספר השימושים ושינוי תנאי העבודה, קל מאוד ללבוש אותו, והוא שייך לחומרים מתכלים.

למרות שלגרפיט יש מוליכות תרמית ויציבות מצוינות, יש לו יתרון טוב כמרכיב בסיסי של ציוד MOCVD, אך בתהליך הייצור, גרפיט יגרום לאבקה להתקלקל עקב שאריות של גזים קורוזיביים וחומרים אורגניים מתכתיים, וחיי השירות של בסיס הגרפיט יתקצרו במידה ניכרת. יחד עם זאת, אבקת הגרפיט הנופלת תגרום לזיהום השבב.

הופעתה של טכנולוגיית ציפוי יכולה לספק קיבוע אבקה על פני השטח, לשפר את המוליכות התרמית ולהשוות את פיזור החום, מה שהפך לטכנולוגיה העיקרית לפתרון בעיה זו. ציפוי משטח מבוסס גרפיט בסביבת שימוש בציוד MOCVD, על בסיס גרפיט לעמוד במאפיינים הבאים:

(1) ניתן לעטוף את בסיס הגרפיט במלואו, והצפיפות טובה, אחרת בסיס הגרפיט עלול להישחק בקלות בגז קורוזיבי.

(2) חוזק השילוב עם בסיס הגרפיט גבוה כדי להבטיח שהציפוי לא ייפול בקלות לאחר מספר מחזורי טמפרטורה גבוהה ונמוכה.

(3) יש לו יציבות כימית טובה כדי למנוע כשל ציפוי בטמפרטורה גבוהה ובאווירה קורוזיבית.

ל-SiC יתרונות של עמידות בפני קורוזיה, מוליכות תרמית גבוהה, עמידות בפני הלם תרמי ויציבות כימית גבוהה, והוא יכול לעבוד היטב באטמוספירה אפיטקסיאלית של GaN. בנוסף, מקדם ההתפשטות התרמית של SiC שונה מעט מאוד מזה של גרפיט, ולכן SiC הוא החומר המועדף לציפוי פני השטח של בסיס גרפיט.

כיום, ה-SiC הנפוץ הוא בעיקר מסוג 3C, 4H ו-6H, ושימושי ה-SiC של סוגי גבישים שונים שונים. לדוגמה, 4H-SiC יכול לייצר התקנים בעלי הספק גבוה; 6H-SiC הוא היציב ביותר ויכול לייצר התקנים פוטואלקטריים; בשל מבנהו הדומה ל-GaN, ניתן להשתמש ב-3C-SiC לייצור שכבה אפיטקסיאלית של GaN ולייצור התקני RF של SiC-GaN. 3C-SiC ידוע גם בשם β-SiC, ושימוש חשוב של β-SiC הוא כחומר ציפוי וסרט, ולכן β-SiC הוא כיום החומר העיקרי לציפוי.