Жартылай өткізгіш бөлшектер – SiC жабыны бар графит негізі

SiC жабындысымен қапталған графит негіздері металл-органикалық химиялық бу тұндыру (MOCVD) жабдықтарында монокристалды субстраттарды қолдау және қыздыру үшін кеңінен қолданылады. SiC жабындысымен қапталған графит негізінің термиялық тұрақтылығы, термиялық біркелкілігі және басқа да өнімділік параметрлері эпитаксиалды материалдың өсуінің сапасында шешуші рөл атқарады, сондықтан ол MOCVD жабдықтарының негізгі құрамдас бөлігі болып табылады.

Пластинаны өндіру процесінде құрылғыларды өндіруді жеңілдету үшін кейбір пластина негіздеріне эпитаксиалды қабаттар қосымша салынады. Әдеттегі жарықдиодты жарық шығаратын құрылғылар кремний негіздеріне GaAs эпитаксиалды қабаттарын дайындауы керек; SiC эпитаксиалды қабаты жоғары кернеулі, жоғары токты және басқа да қуатты қолданбаларға арналған SBD, MOSFET және т.б. сияқты құрылғыларды жасау үшін өткізгіш SiC негізіне өсіріледі; GaN эпитаксиалды қабаты жартылай оқшауланған SiC негізіне HEMT және байланыс сияқты РФ қолданбаларына арналған басқа құрылғыларды одан әрі құру үшін салынады. Бұл процесс CVD жабдықтарынан ажырамас.

CVD жабдығында негізді тікелей металға қоюға немесе эпитаксиалды тұндыру үшін негізге қоюға болмайды, себебі ол газ ағынын (көлденең, тік), температураны, қысымды, бекітуді, ластаушы заттардың төгілуін және әсер ету факторларының басқа аспектілерін қамтиды. Сондықтан негіз қажет, содан кейін негіз дискіге орналастырылады, содан кейін эпитаксиалды тұндыру CVD технологиясын қолдана отырып, негізге жүзеге асырылады, ал бұл негіз SiC жабыны бар графит негізі (науа деп те аталады).

SiC жабындысымен қапталған графит негіздері металл-органикалық химиялық бу тұндыру (MOCVD) жабдықтарында монокристалды субстраттарды қолдау және қыздыру үшін кеңінен қолданылады. SiC жабындысымен қапталған графит негізінің термиялық тұрақтылығы, термиялық біркелкілігі және басқа да өнімділік параметрлері эпитаксиалды материалдың өсуінің сапасында шешуші рөл атқарады, сондықтан ол MOCVD жабдықтарының негізгі құрамдас бөлігі болып табылады.

Металл-органикалық химиялық бу тұндыру (MOCVD) көк жарықдиодты шамдарда GaN қабықшаларын эпитаксиалды өсірудің негізгі технологиясы болып табылады. Оның қарапайым жұмыс істеуі, басқарылатын өсу жылдамдығы және GaN қабықшаларының жоғары тазалығы сияқты артықшылықтары бар. MOCVD жабдығының реакция камерасындағы маңызды компонент ретінде GaN қабықшасының эпитаксиалды өсуі үшін қолданылатын мойынтірек негізі жоғары температураға төзімділік, біркелкі жылу өткізгіштік, жақсы химиялық тұрақтылық, күшті жылу соққысына төзімділік және т.б. артықшылықтарына ие болуы керек. Графит материалы жоғарыда аталған шарттарға сай келе алады.

MOCVD жабдығының негізгі компоненттерінің бірі ретінде графит негізі - бұл пленка материалының біркелкілігі мен тазалығын тікелей анықтайтын субстраттың тасымалдаушысы және қыздырғыш денесі, сондықтан оның сапасы эпитаксиалды парақты дайындауға тікелей әсер етеді, сонымен бірге пайдалану санының артуымен және жұмыс жағдайларының өзгеруімен ол тұтынылатын материалдарға жатады, тозу өте оңай.

Графит жылу өткізгіштігі мен тұрақтылығы жоғары болғанымен, MOCVD жабдығының негізгі компоненті ретінде жақсы артықшылыққа ие, бірақ өндіріс процесінде графит коррозиялық газдар мен металл органикалық заттардың қалдықтарына байланысты ұнтақты коррозияға ұшыратады, ал графит негізінің қызмет ету мерзімі айтарлықтай қысқарады. Сонымен қатар, графит ұнтағының құлауы чиптің ластануына әкеледі.

Жабу технологиясының пайда болуы беттік ұнтақты бекітуді қамтамасыз ете алады, жылу өткізгіштігін арттырады және жылу таралуын теңестіре алады, бұл осы мәселені шешудің негізгі технологиясына айналды. MOCVD жабдықтарын пайдалану ортасында графит негізінің беттік жабыны келесі сипаттамаларға сәйкес келуі керек:

(1) Графит негізін толығымен орап алуға болады, тығыздығы жақсы, әйтпесе графит негізі коррозиялық газда оңай коррозияға ұшырайды.

(2) Графит негізімен біріктірілген беріктік жоғары, бұл жабынның бірнеше жоғары температура мен төмен температура циклдерінен кейін оңай түсіп кетпеуін қамтамасыз етеді.

(3) Жоғары температура мен коррозиялық атмосферада жабынның бұзылуын болдырмау үшін жақсы химиялық тұрақтылыққа ие.

SiC коррозияға төзімділік, жоғары жылу өткізгіштік, жылу соққысына төзімділік және жоғары химиялық тұрақтылық сияқты артықшылықтарға ие және GaN эпитаксиалды атмосферасында жақсы жұмыс істей алады. Сонымен қатар, SiC жылу кеңею коэффициенті графиттен өте аз ерекшеленеді, сондықтан SiC графит негізінің бетін жабу үшін ең қолайлы материал болып табылады.

Қазіргі уақытта кең таралған SiC негізінен 3C, 4H және 6H типтері болып табылады, ал әртүрлі кристалл түрлерінің SiC қолданылуы әртүрлі. Мысалы, 4H-SiC жоғары қуатты құрылғыларды шығара алады; 6H-SiC ең тұрақты және фотоэлектрлік құрылғыларды шығара алады; GaN-ге ұқсас құрылымына байланысты 3C-SiC GaN эпитаксиалды қабатын және SiC-GaN RF құрылғыларын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. 3C-SiC сонымен қатар β-SiC ретінде белгілі, және β-SiC-нің маңызды қолданылуы пленка және жабын материалы ретінде қолданылады, сондықтан β-SiC қазіргі уақытта жабынның негізгі материалы болып табылады.

Кремний карбидті жабынды дайындау әдісі

Қазіргі уақытта SiC жабынын дайындау әдістеріне негізінен гель-золь әдісі, енгізу әдісі, қылқаламмен жабу әдісі, плазмалық бүрку әдісі, химиялық газ реакциясы әдісі (CVR) және химиялық бумен тұндыру әдісі (CVD) жатады.

Енгізу әдісі:

Бұл әдіс жоғары температуралы қатты фазалы күйдірудің бір түрі болып табылады, онда негізінен Si ұнтағы мен C ұнтағының қоспасы ену ұнтағы ретінде қолданылады, графит матрицасы ену ұнтағына орналастырылады, ал жоғары температуралы күйдіру инертті газда жүзеге асырылады, соңында графит матрицасының бетінде SiC жабыны алынады. Процесс қарапайым және жабын мен негіздің үйлесімі жақсы, бірақ жабынның қалыңдық бағыты бойынша біркелкілігі нашар, бұл көбірек тесіктердің пайда болуына және тотығуға төзімділіктің төмендеуіне әкеледі.

Қылқаламмен қаптау әдісі:

Қылқаламмен қаптау әдісі негізінен сұйық шикізатты графит матрицасының бетіне щеткамен жағудан, содан кейін жабынды дайындау үшін шикізатты белгілі бір температурада кептіруден тұрады. Процесс қарапайым және құны төмен, бірақ қылқаламмен қаптау әдісімен дайындалған жабын негізбен үйлескенде әлсіз, жабынның біркелкілігі нашар, жабын жұқа және тотығуға төзімділігі төмен, және оған көмектесу үшін басқа әдістер қажет.

Плазмалық бүрку әдісі:

Плазмалық бүрку әдісі негізінен балқытылған немесе жартылай балқытылған шикізатты графит матрицасының бетіне плазмалық пистолетпен бүркуден, содан кейін қатайып, жабын түзуден тұрады. Бұл әдісті пайдалану қарапайым және салыстырмалы түрде тығыз кремний карбидті жабынды дайындауға болады, бірақ әдіспен дайындалған кремний карбидті жабыны көбінесе тым әлсіз болады және тотығуға төзімділігінің төмендеуіне әкеледі, сондықтан ол әдетте жабын сапасын жақсарту үшін SiC композиттік жабынын дайындау үшін қолданылады.

Гель-золь әдісі:

Гель-золь әдісі негізінен матрицаның бетін жабатын біркелкі және мөлдір золь ерітіндісін дайындау, гельге дейін кептіру және содан кейін жабын алу үшін күйдіру болып табылады. Бұл әдісті пайдалану қарапайым және құны төмен, бірақ алынған жабынның термиялық соққыға төзімділігі төмен және оңай жарылатын сияқты кейбір кемшіліктері бар, сондықтан оны кеңінен қолдануға болмайды.

Химиялық газ реакциясы (ХГР):

CVR негізінен SiC жабынын жоғары температурада SiO буын алу үшін Si және SiO2 ұнтағын пайдалану арқылы жасайды және C материалының негізінің бетінде бірқатар химиялық реакциялар жүреді. Бұл әдіспен дайындалған SiC жабыны негізге тығыз байланысқан, бірақ реакция температурасы жоғарырақ және құны жоғарырақ.

Химиялық будың тұндырылуы (ХБТ):

Қазіргі уақытта CVD субстрат бетіне SiC жабынын дайындаудың негізгі технологиясы болып табылады. Негізгі процесс - субстрат бетіндегі газ фазалы реагент материалының бірқатар физикалық және химиялық реакциялары, соңында SiC жабыны субстрат бетіне тұндыру арқылы дайындалады. CVD технологиясы бойынша дайындалған SiC жабыны субстрат бетіне тығыз байланысқан, бұл субстрат материалының тотығуға төзімділігі мен абляциялық төзімділігін тиімді түрде жақсарта алады, бірақ бұл әдістің тұндыру уақыты ұзағырақ, ал реакция газында белгілі бір улы газ болады.

SiC жабыны бар графит негізінің нарықтық жағдайы

Шетелдік өндірушілер ерте бастаған кезде айқын көшбасшылыққа ие болды және нарықтағы үлесі жоғары болды. Халықаралық деңгейде SiC жабынды графит негізінің негізгі жеткізушілері - голландиялық Xycard, Германия SGL Carbon (SGL), Жапония Toyo Carbon, Америка Құрама Штаттарының MEMC және басқа да компаниялар, олар негізінен халықаралық нарықты алып жатыр. Қытай графит матрицасының бетінде SiC жабынын біркелкі өсірудің негізгі технологиясын бұзғанымен, жоғары сапалы графит матрицасы әлі де Германияның SGL, Жапония Toyo Carbon және басқа да кәсіпорындарға сүйенеді, отандық кәсіпорындар ұсынатын графит матрицасы жылу өткізгіштік, серпімділік модулі, қаттылық модулі, тор ақаулары және басқа да сапа мәселелеріне байланысты қызмет ету мерзіміне әсер етеді. MOCVD жабдықтары SiC жабынды графит негізін пайдалану талаптарына сай келмейді.

Қытайдың жартылай өткізгіш өнеркәсібі қарқынды дамып келеді, MOCVD эпитаксиалды жабдықтарын локализациялау деңгейі біртіндеп артып, басқа да процестерді қолдану кеңейіп келеді, болашақ SiC жабынды графит негізіндегі өнім нарығы тез өседі деп күтілуде. Алдын ала салалық бағалауларға сәйкес, алдағы бірнеше жылда отандық графит негізіндегі нарық 500 миллион юаньнан асады.

SiC жабынды графит негізі қосылыс жартылай өткізгіштерді индустрияландыру жабдықтарының негізгі құрамдас бөлігі болып табылады, оны өндіру мен өндірудің негізгі негізгі технологиясын меңгеру және шикізат-процесс-жабдықтар саласының бүкіл тізбегін жергіліктілендіруді жүзеге асыру Қытайдың жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің дамуын қамтамасыз ету үшін стратегиялық тұрғыдан маңызды. Отандық SiC жабынды графит негізі саласы қарқынды дамып келеді, өнім сапасы жақын арада халықаралық деңгейге жетеді.