Lapisan epitaksial yaiku lapisan tipis kristal tunggal tartamtu sing ditumbuhake ing substrat wafer liwat proses epitaksial; wafer substrat lan film epitaksial diarani wafer epitaksial. Antarane iki, numbuhake lapisan epitaksial silikon karbida ing substrat silikon karbida konduktif ngasilake wafer epitaksial silikon karbida homogen, sing bisa digawe luwih lanjut dadi piranti daya kayata dioda Schottky, MOSFET, lan IGBT. Jinis substrat sing paling akeh digunakake yaiku substrat 4H-SiC.
Amarga meh kabeh piranti digawe ing lapisan epitaksial, kualitas lapisan epitaksial nduweni pengaruh sing signifikan marang kinerja piranti. Nanging, kualitas lapisan epitaksial dipengaruhi dening pangolahan kristal lan substrat, sing ndadekake ing titik kritis ing industri lan nduweni peran penting ing pangembangane.
Cara utama kanggo nyiapake lapisan epitaksial silikon karbida kalebu: deposisi uap; epitaksi fase cair (LPE); epitaksi sinar molekul (MBE); lan deposisi uap kimia (CVD). Antarane, deposisi uap kimia (CVD) minangka cara sing paling akeh digunakake kanggo epitaksi homogen 4H-SiC. Epitaksi CVD 4H-SiC biasane nggunakake peralatan CVD, sing njamin kontinuitas struktur kristal 4H-SiC ing suhu pertumbuhan sing dhuwur.
Ing peralatan CVD, substrat ora bisa diselehake langsung ing permukaan logam utawa mung diselehake ing dhasar kanggo deposisi epitaksial, amarga iki nglibatake macem-macem faktor sing mengaruhi kayata arah aliran gas (horizontal, vertikal), suhu, tekanan, fiksasi, lan kontaminasi saka partikel sing ngeculake. Mulane, dhasar dhukungan dibutuhake; substrat diselehake ing tray, lan deposisi epitaksial banjur ditindakake ing substrat nggunakake teknologi CVD. Dhasar dhukungan iki minangka dhasar grafit sing dilapisi SiC.
Minangka komponen inti, substrat grafit nduweni kekuatan spesifik lan modulus spesifik sing dhuwur, uga kejut termal lan tahan korosi sing apik. Nanging, sajrone produksi, grafit rentan korosi lan bubuk sing metu amarga gas korosif lan senyawa organologam sisa, sing nyuda umur layanan substrat kanthi signifikan. Ing wektu sing padha, bubuk grafit sing metu bisa ngontaminasi chip. Ing produksi wafer epitaksial silikon karbida, saya angel kanggo nyukupi syarat sing saya ketat kanggo bahan grafit, sing mbatesi pangembangan lan aplikasi praktis. Akibate,teknologi pelapisanwis muncul minangka solusi.
Kauntungan Lapisan SiC ing Industri Semikonduktor
Sifat fisik lan kimia saka lapisan kudu memenuhi syarat sing ketat kanggo tahan suhu dhuwur lan korosi, amarga iki langsung mengaruhi asil lan umur produk. Bahan SiC nduweni kekuatan dhuwur, kekerasan dhuwur, koefisien ekspansi termal sing endhek, lan konduktivitas termal sing apik banget, saengga dadi bahan struktural lan semikonduktor suhu dhuwur sing penting. Nalika ditrapake ing substrat grafit, kaluwihane kalebu:
1) SiC tahan korosi lan bisa ngebungkus substrat grafit kanthi lengkap. Kapadhetan sing dhuwur nyegah karusakan saka gas korosif.
2) SiC nduwèni konduktivitas termal sing dhuwur lan kekuatan ikatan sing kuwat karo substrat grafit, njamin lapisan tetep utuh sanajan siklus suhu dhuwur-endhek bola-bali.
3) SiC nduwèni stabilitas kimia sing apik banget, nyegah kegagalan lapisan ing atmosfer korosif suhu dhuwur.
Salajengipun, tungku epitaksial ingkang dipundamel saking bahan ingkang benten-benten mbetahaken tray grafit kanthi spesifikasi kinerja tartamtu. Koefisien ekspansi termal bahan grafit kedah kompatibel kaliyan suhu pertumbuhan tungku epitaksial. Umpamane, amargi suhu pertumbuhan kangge epitaksi silikon karbida dhuwur, tray kanthi tingkat pencocokan koefisien ekspansi termal ingkang dhuwur dibutuhake. Koefisien ekspansi termal SiC beda sanget kaliyan grafit, saengga dados bahan ingkang dipunpilih kangge nutupi permukaan substrat grafit.
SiC ana ing pirang-pirang wujud kristal, sing paling umum saiki yaiku jinis 3C, 4H, lan 6H, saben jinis nglayani aplikasi sing beda-beda. Contone, 4H-SiC digunakake kanggo nggawe piranti daya dhuwur; 6H-SiC minangka sing paling stabil lan digunakake kanggo nggawe piranti optoelektronik; lan 3C-SiC, amarga padha karo strukture karo GaN, digunakake kanggo ngasilake lapisan epitaksial GaN kanggo nggawe piranti RF SiC-GaN. 3C-SiC uga umum diarani β-SiC. Aplikasi utama β-SiC yaiku minangka bahan film tipis lan lapisan; akibate, β-SiC saiki dadi bahan utama sing digunakake kanggo lapisan.
Minangka bahan habis pakai sing umum ing produksi semikonduktor, lapisan SiC utamane digunakake ing proses kayata persiapan substrat, epitaksi, oksidasi lan difusi, etsa, lan implantasi ion. Sifat fisik lan kimia saka lapisan kasebut kudu memenuhi syarat sing ketat kanggo tahan suhu dhuwur lan tahan korosi, amarga iki langsung mengaruhi asil lan umur produk. Akibate, persiapan lapisan SiC iku penting banget.
Proses kanggo Nyiapake Lapisan Silikon Karbida
Saiki, cara utama kanggo nyiyapake lapisan SiC kalebu cara sol-gel, cara embedding, lapisan sikat, penyemprotan plasma, reaksi uap kimia (CVR), lan deposisi uap kimia (CVD).
Metode Penyematan
Cara iki minangka jinis sintering solid-state suhu dhuwur. Cara iki utamane nggunakake campuran bubuk silikon (Si) lan bubuk karbon (C) minangka bubuk penyisipan. Substrat grafit dilebokake ing njero bubuk penyisipan lan disinter ing suhu dhuwur ing atmosfer gas inert, pungkasane mbentuk lapisan SiC ing permukaan substrat grafit. Cara iki nduweni proses sing prasaja lan adhesi sing apik antarane lapisan lan substrat; nanging, lapisan kasebut nuduhake keseragaman sing kurang ing sadawane arah kekandelan lan rentan ngembangake akeh pori, sing nyebabake resistensi oksidasi sing kurang.
Metode Pelapisan Sikat
Cara pelapisan nganggo sikat utamane yaiku ngolesake bahan mentah cair menyang permukaan substrat grafit, banjur ngeringake bahan kasebut ing suhu tartamtu kanggo mbentuk lapisan kasebut. Cara iki prasaja lan efektif biaya; nanging, lapisan sing diasilake nuduhake adhesi sing ringkih menyang substrat, keseragaman sing kurang, lan relatif tipis kanthi resistensi oksidasi sing kurang, saengga mbutuhake cara tambahan.
Metode Penyemprotan Plasma
Cara penyemprotan plasma nggunakake pistol plasma kanggo nyemprotake bahan mentah sing wis cair utawa semi-cair menyang permukaan substrat grafit, sing banjur dadi padhet lan kaiket kanggo mbentuk lapisan. Cara iki gampang dioperasikake lan bisa ngasilake lapisan silikon karbida sing relatif padhet; nanging, lapisan sing diasilake asring tipis banget, sing nyebabake resistensi oksidasi sing kurang. Mulane, umume digunakake ing persiapan lapisan komposit SiC kanggo ningkatake kualitas lapisan.
Metode Gel-Sol
Metode gel-sol utamane nglibatake nyiyapake larutan sol sing seragam lan transparan kanggo nutupi permukaan substrat. Sawise garing dadi gel, bahan kasebut disinter kanggo mbentuk lapisan. Metode iki gampang dioperasikake lan relatif murah; Nanging, lapisan sing diasilake nduweni kekurangan kayata tahan kejut termal sing kurang lan cenderung retak, sing mbatesi aplikasi sing nyebar.
Metode Reaksi Uap Kimia (CVR)
CVR utamane nggunakake bubuk Si lan SiO₂ kanggo ngasilake uap SiO₂ ing suhu dhuwur, sing micu serangkaian reaksi kimia ing permukaan substrat Si kanggo mbentuk lapisan SiC. Lapisan SiC sing diasilake kanthi metode iki naleni rapet karo substrat; nanging, suhu reaksi kasebut dhuwur, lan biayane uga relatif dhuwur.
Deposisi Uap Kimia (CVD)
CVD saiki dadi teknologi utama kanggo nyiyapake lapisan SiC ing permukaan substrat. Proses utama nglibatake serangkaian reaksi fisikokimia antarane reaktan gas lan permukaan substrat, sing pungkasane nyebabake pengendapan lapisan SiC. Lapisan SiC sing diasilake dening teknologi CVD kaiket rapet karo permukaan substrat lan bisa kanthi efektif ningkatake resistensi oksidasi lan resistensi ablasi bahan substrat; nanging, metode iki mbutuhake wektu pengendapan sing relatif suwe, lan gas reaksi ngemot komponen beracun tartamtu.
Tren ing Lapisan SiC
Lapisan SiC utamane digunakake minangka bahan habis pakai ing manufaktur semikonduktor, kanthi metrik kinerja utama kalebu keseragaman lapisan, koefisien ekspansi termal, lan konduktivitas termal. Sanajan ana panjaluk domestik sing signifikan kanggo lapisan SiC ing China, teknologi kasebut isih durung sampurna. Ing luar negeri, mung siji perusahaan AS sing beroperasi ing bidang iki, lan produke relatif larang.
Prau kristalminangka bahan habis pakai sing digunakake ing produksi epitaksial sing bisa ngganti grafit sing dilapisi SiC, sanajan volume pasar cilik. Sabanjure yaiku grafit sing dilapisi TaC, sing nawakake ketahanan korosi kimia sing luwih apik tinimbang grafit kosong utawa grafit sing dilapisi SiC, nanging larang banget lan isih ana ing tahap awal pangembangan. Saiki, perusahaan domestik kayataLiufang semikonduktor, Semicera, lanSemikonduktor Vetekmelu R&D ing babagan iki.
Wektu kiriman: 20-Mei-2026