SiC დაფარული გრაფიტის ფუძეები ხშირად გამოიყენება მონოკრისტალური სუბსტრატების საყრდენად და გასათბობად მეტალ-ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირების (MOCVD) აღჭურვილობაში. SiC დაფარული გრაფიტის ფუძეების თერმული სტაბილურობა, თერმული ერთგვაროვნება და სხვა მახასიათებლები გადამწყვეტ როლს თამაშობს ეპიტაქსიური მასალის ზრდის ხარისხში, ამიტომ ის MOCVD აღჭურვილობის ძირითადი კომპონენტია.
ვაფლის წარმოების პროცესში, მოწყობილობების წარმოების გასაადვილებლად, ეპიტაქსიური ფენები დამატებით აგებულია ზოგიერთ ვაფლის სუბსტრატზე. ტიპურ LED სინათლის გამოსხივების მოწყობილობებს სჭირდებათ GaAs-ის ეპიტაქსიური ფენების მომზადება სილიკონის სუბსტრატებზე; SiC ეპიტაქსიური ფენა იზრდება გამტარ SiC სუბსტრატზე ისეთი მოწყობილობების შესაქმნელად, როგორიცაა SBD, MOSFET და ა.შ., მაღალი ძაბვის, მაღალი დენის და სხვა სიმძლავრის აპლიკაციებისთვის; GaN ეპიტაქსიური ფენა აგებულია ნახევრად იზოლირებულ SiC სუბსტრატზე HEMT და სხვა მოწყობილობების შემდგომი შესაქმნელად RF აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა კომუნიკაცია. ეს პროცესი განუყოფელია CVD აღჭურვილობისგან.
CVD აღჭურვილობაში, სუბსტრატის პირდაპირ ლითონზე განთავსება ან უბრალოდ ეპიტაქსიური დალექვის ბაზაზე განთავსება შეუძლებელია, რადგან ეს მოიცავს გაზის ნაკადს (ჰორიზონტალური, ვერტიკალური), ტემპერატურას, წნევას, ფიქსაციას, დამაბინძურებლების გამოყოფას და გავლენის სხვა ასპექტებს. ამიტომ, საჭიროა ბაზა, შემდეგ სუბსტრატი თავსდება დისკზე, შემდეგ კი ეპიტაქსიური დალექვა ხორციელდება სუბსტრატზე CVD ტექნოლოგიის გამოყენებით და ეს ბაზა არის SiC დაფარული გრაფიტის ბაზა (ასევე ცნობილი როგორც უჯრა).
SiC დაფარული გრაფიტის ფუძეები ხშირად გამოიყენება მონოკრისტალური სუბსტრატების საყრდენად და გასათბობად მეტალ-ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირების (MOCVD) აღჭურვილობაში. SiC დაფარული გრაფიტის ფუძეების თერმული სტაბილურობა, თერმული ერთგვაროვნება და სხვა მახასიათებლები გადამწყვეტ როლს თამაშობს ეპიტაქსიური მასალის ზრდის ხარისხში, ამიტომ ის MOCVD აღჭურვილობის ძირითადი კომპონენტია.
მეტალ-ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (MOCVD) ლურჯ LED-ში GaN ფირების ეპიტაქსიალური ზრდის ძირითად ტექნოლოგიას წარმოადგენს. მას აქვს მარტივი მუშაობის, კონტროლირებადი ზრდის ტემპისა და GaN ფირების მაღალი სისუფთავის უპირატესობები. MOCVD აღჭურვილობის რეაქციის კამერის მნიშვნელოვანი კომპონენტის სახით, GaN ფირის ეპიტაქსიალური ზრდისთვის გამოყენებულ საკისარ ფუძეს უნდა ჰქონდეს მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა, ერთგვაროვანი თბოგამტარობა, კარგი ქიმიური სტაბილურობა, ძლიერი თერმული შოკისადმი მდგრადობა და ა.შ. გრაფიტის მასალას შეუძლია დააკმაყოფილოს ზემოთ ჩამოთვლილი პირობები.
როგორც MOCVD აღჭურვილობის ერთ-ერთი ძირითადი კომპონენტი, გრაფიტის ფუძე წარმოადგენს სუბსტრატის მატარებელს და გამათბობელ სხეულს, რაც პირდაპირ განსაზღვრავს ფირის მასალის ერთგვაროვნებასა და სისუფთავეს, ამიტომ მისი ხარისხი პირდაპირ გავლენას ახდენს ეპიტაქსიური ფურცლის მომზადებაზე და ამავდროულად, გამოყენების რაოდენობის ზრდასთან და სამუშაო პირობების ცვლილებასთან ერთად, ის ძალიან ადვილად ცვდება და სახარჯო მასალას მიეკუთვნება.
მიუხედავად იმისა, რომ გრაფიტს აქვს შესანიშნავი თბოგამტარობა და სტაბილურობა, მას კარგი უპირატესობა აქვს, როგორც MOCVD აღჭურვილობის ძირითად კომპონენტს, თუმცა წარმოების პროცესში გრაფიტი იწვევს ფხვნილის კოროზიას კოროზიული აირებისა და მეტალის ორგანული ნივთიერებების ნარჩენების გამო, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს გრაფიტის ბაზის ექსპლუატაციის ვადას. ამავდროულად, გრაფიტის ფხვნილის ცვენა გამოიწვევს ჩიპის დაბინძურებას.
საფარის ტექნოლოგიის გაჩენამ შეიძლება უზრუნველყოს ზედაპირის ფხვნილის ფიქსაცია, გააძლიეროს თბოგამტარობა და გაათანაბროს სითბოს განაწილება, რაც ამ პრობლემის გადაჭრის მთავარ ტექნოლოგიად იქცა. MOCVD აღჭურვილობის გამოყენების გარემოში გრაფიტის ბაზაზე დამზადებული ზედაპირის საფარი უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ მახასიათებლებს:
(1) გრაფიტის ფუძე შეიძლება სრულად იყოს გახვეული და სიმკვრივე კარგია, წინააღმდეგ შემთხვევაში გრაფიტის ფუძე ადვილად კოროზირებულია კოროზიულ გაზში.
(2) გრაფიტის ბაზასთან შერწყმის სიმტკიცე მაღალია იმის უზრუნველსაყოფად, რომ საფარი ადვილად არ ჩამოვარდეს რამდენიმე მაღალი და დაბალი ტემპერატურის ციკლის შემდეგ.
(3) მას აქვს კარგი ქიმიური სტაბილურობა, რათა თავიდან აიცილოს საფარის დაზიანება მაღალ ტემპერატურაზე და კოროზიულ ატმოსფეროში.
SiC-ს აქვს კოროზიისადმი მდგრადობის, მაღალი თბოგამტარობის, თერმული დარტყმისადმი მდგრადობის და მაღალი ქიმიური სტაბილურობის უპირატესობები და კარგად მუშაობს GaN ეპიტაქსიურ ატმოსფეროში. გარდა ამისა, SiC-ის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ძალიან მცირედ განსხვავდება გრაფიტისგან, ამიტომ SiC არის სასურველი მასალა გრაფიტის ბაზის ზედაპირის დასაფარად.
ამჟამად, გავრცელებული SiC ძირითადად 3C, 4H და 6H ტიპისაა და სხვადასხვა ტიპის კრისტალების SiC-ის გამოყენება განსხვავებულია. მაგალითად, 4H-SiC-ით შესაძლებელია მაღალი სიმძლავრის მოწყობილობების წარმოება; 6H-SiC ყველაზე სტაბილურია და ფოტოელექტრული მოწყობილობების წარმოება; GaN-თან მსგავსი სტრუქტურის გამო, 3C-SiC შეიძლება გამოყენებულ იქნას GaN ეპიტაქსიური ფენის წარმოებისთვის და SiC-GaN RF მოწყობილობების წარმოებისთვის. 3C-SiC ასევე ცნობილია როგორც β-SiC და β-SiC-ის მნიშვნელოვანი გამოყენებაა, როგორც აპკისა და საფარის მასალა, ამიტომ β-SiC ამჟამად საფარის მთავარი მასალაა.
სილიციუმის კარბიდის საფარის მომზადების მეთოდი
ამჟამად, SiC საფარის მომზადების მეთოდები ძირითადად მოიცავს გელ-სოლის მეთოდს, ჩასმის მეთოდს, ფუნჯით დაფარვის მეთოდს, პლაზმური შესხურების მეთოდს, ქიმიური გაზის რეაქციის მეთოდს (CVR) და ქიმიური ორთქლის დეპონირების მეთოდს (CVD).
ჩასმის მეთოდი:
მეთოდი წარმოადგენს მაღალტემპერატურულ მყარფაზურ სინთეზს, რომლის დროსაც ძირითადად გამოიყენება Si და C ფხვნილის ნარევი ჩასადგმელად, გრაფიტის მატრიცა თავსდება ჩასადგმელად ფხვნილში, მაღალტემპერატურულ სინთეზს კი ინერტულ აირში ახორციელებს და ბოლოს, გრაფიტის მატრიცის ზედაპირზე მიიღება SiC საფარი. პროცესი მარტივია და საფარსა და სუბსტრატს შორის კომბინაცია კარგია, თუმცა საფარის ერთგვაროვნება სისქის მიმართულებით ცუდია, რაც ადვილად იწვევს მეტი ხვრელის წარმოქმნას და ჟანგვისადმი დაბალ წინააღმდეგობას.
ფუნჯით დაფარვის მეთოდი:
ფუნჯით დაფარვის მეთოდი ძირითადად გულისხმობს თხევადი ნედლეულის ფუნჯით დატანას გრაფიტის მატრიცის ზედაპირზე, შემდეგ კი ნედლეულის გარკვეულ ტემპერატურაზე გაშრობას საფარის მოსამზადებლად. პროცესი მარტივია და დაბალი ღირებულება აქვს, მაგრამ ფუნჯით დაფარვის მეთოდით მომზადებული საფარი სუბსტრატთან შეხამებაში სუსტია, საფარის ერთგვაროვნება ცუდია, საფარი თხელია და დაჟანგვისადმი მდგრადობა დაბალია, რისთვისაც სხვა მეთოდებია საჭირო.
პლაზმური შესხურების მეთოდი:
პლაზმური შესხურების მეთოდი ძირითადად გულისხმობს გამდნარი ან ნახევრად გამდნარი ნედლეულის პლაზმური იარაღით გრაფიტის მატრიცის ზედაპირზე შესხურებას, შემდეგ კი გამყარებას და შეერთებას საფარის წარმოსაქმნელად. მეთოდი მარტივი გამოსაყენებელია და შესაძლებელია შედარებით მკვრივი სილიციუმის კარბიდის საფარის მომზადება, თუმცა ამ მეთოდით მომზადებული სილიციუმის კარბიდის საფარი ხშირად ძალიან სუსტია და იწვევს სუსტ დაჟანგვისადმი მდგრადობას, ამიტომ ის ზოგადად გამოიყენება SiC კომპოზიტური საფარის მოსამზადებლად საფარის ხარისხის გასაუმჯობესებლად.
გელ-სოლის მეთოდი:
გელ-სოლის მეთოდი ძირითადად გულისხმობს მატრიცის ზედაპირის დაფარვის ერთგვაროვანი და გამჭვირვალე სოლი ხსნარის მომზადებას, რომელიც შემდეგ გელად შრება და შემდეგ საფარის მისაღებად სინთეზირდება. ეს მეთოდი მარტივი გამოსაყენებელია და დაბალი ღირებულებისაა, თუმცა მიღებულ საფარს აქვს გარკვეული ნაკლოვანებები, როგორიცაა დაბალი თერმული დარტყმისადმი მდგრადობა და ადვილად ბზარების წარმოქმნა, ამიტომ მისი ფართოდ გამოყენება შეუძლებელია.
ქიმიური აირის რეაქცია (CVR):
CVR ძირითადად SiC საფარს წარმოქმნის Si და SiO2 ფხვნილის გამოყენებით მაღალ ტემპერატურაზე SiO ორთქლის გენერირებისთვის, ხოლო C მასალის სუბსტრატის ზედაპირზე ქიმიური რეაქციების სერია მიმდინარეობს. ამ მეთოდით მომზადებული SiC საფარი მჭიდროდ არის მიმაგრებული სუბსტრატთან, მაგრამ რეაქციის ტემპერატურა უფრო მაღალია და ღირებულებაც უფრო მაღალია.
ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD):
ამჟამად, CVD არის ძირითადი ტექნოლოგია SiC საფარის სუბსტრატის ზედაპირზე მოსამზადებლად. ძირითადი პროცესი არის აირადი ფაზის რეაქტანტი მასალის ფიზიკური და ქიმიური რეაქციების სერია სუბსტრატის ზედაპირზე და საბოლოოდ, SiC საფარი მზადდება სუბსტრატის ზედაპირზე დალექვით. CVD ტექნოლოგიით მომზადებული SiC საფარი მჭიდროდ არის მიმაგრებული სუბსტრატის ზედაპირთან, რაც ეფექტურად აუმჯობესებს სუბსტრატის მასალის დაჟანგვისა და აბლაციური მდგრადობას, მაგრამ ამ მეთოდის დალექვის დრო უფრო ხანგრძლივია და რეაქციის აირს აქვს გარკვეული ტოქსიკური აირი.
SiC დაფარული გრაფიტის ბაზის ბაზრის მდგომარეობა
როდესაც უცხოელმა მწარმოებლებმა ადრე დაიწყეს, მათ აშკარა ლიდერობა და მაღალი საბაზრო წილი ჰქონდათ. საერთაშორისო დონეზე, SiC დაფარული გრაფიტის ბაზის ძირითადი მომწოდებლები არიან ჰოლანდიური Xycard, გერმანული SGL Carbon (SGL), იაპონური Toyo Carbon, აშშ-ის MEMC და სხვა კომპანიები, რომლებიც ძირითადად იკავებენ საერთაშორისო ბაზარს. მიუხედავად იმისა, რომ ჩინეთმა გაარღვია გრაფიტის მატრიცის ზედაპირზე SiC საფარის ერთგვაროვანი ზრდის ძირითადი ტექნოლოგია, მაღალი ხარისხის გრაფიტის მატრიცა კვლავ ეყრდნობა გერმანულ SGL-ს, იაპონურ Toyo Carbon-ს და სხვა საწარმოებს, ადგილობრივი საწარმოების მიერ მოწოდებული გრაფიტის მატრიცა გავლენას ახდენს მომსახურების ვადაზე თბოგამტარობის, ელასტიურობის მოდულის, ხისტი მოდულის, ბადის დეფექტების და სხვა ხარისხის პრობლემების გამო. MOCVD აღჭურვილობა ვერ აკმაყოფილებს SiC დაფარული გრაფიტის ბაზის გამოყენების მოთხოვნებს.
ჩინეთის ნახევარგამტარების ინდუსტრია სწრაფად ვითარდება, MOCVD ეპიტაქსიური აღჭურვილობის ლოკალიზაციის სიჩქარის თანდათანობითი ზრდისა და სხვა პროცესების გაფართოების გამო, მოსალოდნელია, რომ SiC დაფარული გრაფიტის ბაზის პროდუქციის ბაზარი მომავალში სწრაფად გაიზრდება. ინდუსტრიის წინასწარი შეფასებით, შიდა გრაფიტის ბაზის ბაზარი მომდევნო რამდენიმე წელიწადში 500 მილიონ იუანს გადააჭარბებს.
SiC დაფარული გრაფიტის ბაზა წარმოადგენს ნაერთი ნახევარგამტარული ინდუსტრიალიზაციის აღჭურვილობის ძირითად კომპონენტს, რომლის წარმოებისა და წარმოების ძირითადი ტექნოლოგიების დაუფლებას და მთელი ნედლეულის, პროცესისა და აღჭურვილობის ინდუსტრიული ჯაჭვის ლოკალიზაციის რეალიზებას უდიდესი სტრატეგიული მნიშვნელობა აქვს ჩინეთის ნახევარგამტარული ინდუსტრიის განვითარების უზრუნველსაყოფად. ადგილობრივი SiC დაფარული გრაფიტის ბაზის სფერო სწრაფად ვითარდება და პროდუქტის ხარისხი მალე შეიძლება მიაღწიოს საერთაშორისო მოწინავე დონეს.
გამოქვეყნების დრო: 24 ივლისი, 2023