Эпитаксиалды қабат - эпитаксиалды процесс арқылы пластина негізінде өсірілген ерекше монокристалды жұқа қабықша; субстрат пластинасы мен эпитаксиалды қабықша бірге эпитаксиалды пластина деп аталады. Олардың ішінде өткізгіш кремний карбид негізінде кремний карбидінің эпитаксиалды қабатын өсіру біртекті кремний карбидінің эпитаксиалды пластинасын шығарады, оны Шоттки диодтары, MOSFET және IGBT сияқты қуат құрылғыларына айналдыруға болады. Ең көп қолданылатын субстрат түрі - 4H-SiC субстраты.
Барлық дерлік құрылғылар эпитаксиалды қабаттарда жасалатындықтан, эпитаксиалды қабаттың сапасы құрылғының жұмысына айтарлықтай әсер етеді. Дегенмен, эпитаксиалды қабаттың сапасына кристалл мен субстратты өңдеу әсер етеді, бұл оны саладағы маңызды кезеңге қояды және оның дамуында шешуші рөл атқарады.
Кремний карбидінің эпитаксиалды қабаттарын дайындаудың негізгі әдістеріне мыналар жатады: бу тұндыру; сұйық фазалы эпитакси (LPE); молекулалық сәулелі эпитакси (MBE); және химиялық бу тұндыру (CVD). Олардың ішінде химиялық бу тұндыру (CVD) 4H-SiC біртекті эпитаксиі үшін ең кең таралған әдіс болып табылады. 4H-SiC CVD эпитаксиі әдетте CVD жабдығын пайдаланады, бұл жоғары өсу температурасында 4H-SiC кристалды құрылымының үздіксіздігін қамтамасыз етеді.
CVD жабдықтарында негізді тікелей металл бетіне қоюға немесе эпитаксиалды тұндыру үшін негізге қоюға болмайды, себебі бұл газ ағынының бағыты (көлденең, тік), температура, қысым, бекіту және бөлшектердің төгілуінен ластану сияқты әртүрлі әсер ететін факторларды қамтиды. Сондықтан тірек негізі қажет; негіз науаға орналастырылады, содан кейін CVD технологиясын қолдана отырып, негізге эпитаксиалды тұндыру жүргізіледі. Бұл тірек негізі SiC-мен қапталған графит негізі болып табылады.
Негізгі компонент ретінде графит негізі жоғары меншікті беріктік пен меншікті модульге, сондай-ақ жақсы термиялық соққыға және коррозияға төзімділікке ие. Дегенмен, өндіріс кезінде графит коррозиялық газдар мен қалдық органометалл қосылыстарына байланысты коррозияға және ұнтақтың төгілуіне ұшырайды, бұл негіздің қызмет ету мерзімін айтарлықтай қысқартады. Сонымен қатар, төгілген графит ұнтағы үгінділерді ластауы мүмкін. Кремний карбидінің эпитаксиалды пластиналарын өндіруде графит материалдарына қойылатын қатаң талаптарды қанағаттандыру қиындай түсті, бұл олардың дамуы мен практикалық қолданылуын айтарлықтай шектейді. Демек,жабын жабу технологиясышешім ретінде пайда болды.
Жартылай өткізгіштер өнеркәсібіндегі SiC жабындарының артықшылықтары
Жабындардың физикалық және химиялық қасиеттері жоғары температураға және коррозияға төзімділікке қойылатын қатаң талаптарға сай болуы керек, себебі бұл өнімнің өнімділігі мен қызмет ету мерзіміне тікелей әсер етеді. SiC материалы жоғары беріктікке, жоғары қаттылыққа, жылу кеңеюінің төмен коэффициентіне және тамаша жылу өткізгіштікке ие, бұл оны маңызды жоғары температуралы құрылымдық және жартылай өткізгіш материал етеді. Графит негіздеріне қолданған кезде оның артықшылықтары:
1) SiC коррозияға төзімді және графит негізін толығымен қаптай алады. Оның жоғары тығыздығы коррозиялық газдардың зақымдануын болдырмайды.
2) SiC жоғары жылу өткізгіштікке және графит негізімен берік байланыс күшіне ие, бұл жабынның қайталанатын жоғары-төмен температуралық циклдардан кейін де бүтіндігін қамтамасыз етеді.
3) SiC жоғары температуралы, коррозиялық атмосферада жабынның бұзылуына жол бермейтін тамаша химиялық тұрақтылыққа ие.
Сонымен қатар, әртүрлі материалдардан жасалған эпитаксиалды пештер үшін нақты өнімділік сипаттамалары бар графит науалары қажет. Графит материалының жылу кеңею коэффициенті эпитаксиалды пештің өсу температурасына сәйкес келуі керек. Мысалы, кремний карбиді эпитаксиінің өсу температурасы жоғары болғандықтан, жылу кеңею коэффициентінің жоғары дәрежесіне сәйкес келетін науалар қажет. SiC2 жылу кеңею коэффициенті графиттен өте аз ерекшеленеді, бұл оны графит негіздерінің бетін жабу үшін қолайлы материал етеді.
SiC бірнеше кристалдық формаларда кездеседі, қазіргі уақытта ең көп таралғандары 3C, 4H және 6H түрлері болып табылады, олардың әрқайсысы әртүрлі қолданыстарға қызмет етеді. Мысалы, 4H-SiC жоғары қуатты құрылғыларды өндіру үшін қолданылады; 6H-SiC ең тұрақты болып табылады және оптоэлектрондық құрылғыларды өндіру үшін қолданылады; ал 3C-SiC, GaN-ге құрылымдық ұқсастығына байланысты, SiC-GaN RF құрылғыларын өндіру үшін GaN эпитаксиалды қабаттарын өндіру үшін қолданылады. 3C-SiC сонымен қатар β-SiC деп аталады. β-SiC-нің негізгі қолданылуы жұқа қабықшалы және жабын материалы ретінде қолданылады; демек, β-SiC қазіргі уақытта жабындар үшін қолданылатын негізгі материал болып табылады.
Жартылай өткізгіштер өндірісінде кең таралған тұтынылатын материал ретінде SiC жабындары негізінен субстрат дайындау, эпитаксия, тотығу және диффузия, ою және ион имплантациясы сияқты процестерде қолданылады. Жабынның физикалық және химиялық қасиеттері жоғары температураға төзімділік пен коррозияға төзімділіктің қатаң талаптарына сай болуы керек, себебі бұл өнімнің өнімділігі мен қызмет ету мерзіміне тікелей әсер етеді. Демек, SiC жабындарын дайындау өте маңызды.
Кремний карбидті жабындарды дайындау процесі
Қазіргі уақытта SiC жабындарын дайындаудың негізгі әдістеріне золь-гель әдісі, енгізу әдісі, қылқаламмен жабу, плазмалық бүрку, химиялық бу реакциясы (ХБР) және химиялық бумен тұндыру (ХБР) жатады.
Енгізу әдісі
Бұл әдіс жоғары температуралы қатты күйдегі күйдірудің бір түрі болып табылады. Ол негізінен ендірілген ұнтақ ретінде кремний (Si) ұнтағы мен көміртегі (C) ұнтағының қоспасын пайдаланады. Графит негізі ендірілген ұнтақтың ішіне орналастырылады және инертті газ атмосферасында жоғары температурада күйдіріледі, нәтижесінде графит негізінің бетінде SiC жабыны түзіледі. Бұл әдіс қарапайым процесспен және жабын мен негіз арасында жақсы адгезиямен ерекшеленеді; дегенмен, жабын қалыңдық бағыты бойынша нашар біркелкілікті көрсетеді және көптеген тесіктердің пайда болуына бейім, бұл тотығуға төзімділіктің төмендеуіне әкеледі.
Қылқаламмен қаптау әдісі
Қылқаламмен жабу әдісі негізінен сұйық шикізатты графит негізінің бетіне жағуды, содан кейін жабынды қалыптастыру үшін материалды белгілі бір температурада кептіруді қамтиды. Бұл әдіс қарапайым және үнемді; дегенмен, алынған жабын негізге әлсіз адгезияны, біркелкілікті нашар көрсетеді және салыстырмалы түрде жұқа, тотығуға төзімділігі төмен, бұл қосымша әдістерді қажет етеді.
Плазмалық бүрку әдісі
Плазмалық бүрку әдісі плазмалық тапаншаны пайдаланып, балқытылған немесе жартылай балқытылған шикізатты графит негізінің бетіне бүркуді қамтиды, содан кейін ол қатып, жабын түзу үшін байланысады. Бұл әдісті пайдалану қарапайым және салыстырмалы түрде тығыз кремний карбидті жабындарды шығара алады; дегенмен, нәтижесінде пайда болған жабындар көбінесе тым жұқа болады, бұл тотығуға төзімділіктің төмендеуіне әкеледі. Сондықтан, ол әдетте жабын сапасын жақсарту үшін SiC композиттік жабындарын дайындауда қолданылады.
Гель-золь әдісі
Гель-золь әдісі негізінен субстрат бетін жабу үшін біркелкі, мөлдір золь ерітіндісін дайындауды қамтиды. Гельге кептірілгеннен кейін, материал жабынды қалыптастыру үшін күйдіріледі. Бұл әдісті пайдалану қарапайым және салыстырмалы түрде арзан; дегенмен, алынған жабындар термиялық соққыға төзімділігінің төмендігі және жарылуға бейімділік сияқты кемшіліктерге ие, бұл олардың кеңінен қолданылуын шектейді.
Химиялық бу реакциясы (ХБР) әдісі
CVR негізінен Si және SiO₂ ұнтақтарын пайдаланып, жоғары температурада SiO₂ буын түзеді, бұл SiC жабынын қалыптастыру үшін Si негізінің бетінде бірқатар химиялық реакцияларды тудырады. Бұл әдіспен алынған SiC жабыны негізге тығыз жабысады; дегенмен, реакция температурасы жоғары және құны да салыстырмалы түрде жоғары.
Химиялық бу тұндыру (ХБТ)
Қазіргі уақытта CVD субстрат беттерінде SiC жабындарын дайындаудың негізгі технологиясы болып табылады. Негізгі процесс газ тәрізді реактивтер мен субстрат беті арасындағы бірқатар физика-химиялық реакцияларды қамтиды, нәтижесінде SiC жабынының тұндырылуына әкеледі. CVD технологиясы арқылы өндірілген SiC жабындары субстрат бетіне тығыз жабысады және субстрат материалының тотығуға төзімділігі мен абляцияға төзімділігін тиімді түрде жақсарта алады; дегенмен, бұл әдіс салыстырмалы түрде ұзақ тұндыру уақытын қажет етеді және реакция газдарында белгілі бір улы компоненттер бар.
SiC жабындарының үрдістері
SiC жабындары негізінен жартылай өткізгіштер өндірісінде шығын материалдары ретінде қолданылады, олардың негізгі көрсеткіштеріне жабынның біркелкілігі, жылу кеңею коэффициенті және жылу өткізгіштік кіреді. Қытайда SiC жабындарына ішкі сұраныс айтарлықтай болғанымен, технология әлі де жетілмеген. Шетелде бұл салада тек бір ғана АҚШ компаниясы жұмыс істейді және оның өнімдері салыстырмалы түрде қымбат.
Хрусталь қайықтарэпитаксиалды өндірісте қолданылатын шығын материалдары болып табылады, олар SiC-мен қапталған графитті алмастыра алады, дегенмен нарық көлемі аз. Келесі кезекте TaC-мен қапталған графит келеді, ол жалаңаш графитке немесе SiC-мен қапталған графитке қарағанда химиялық коррозияға жақсы төзімділікті ұсынады, бірақ ол өте қымбат және әлі де дамудың алғашқы сатысында. Қазіргі уақытта отандық компаниялар, мысалы,Люфан жартылай өткізгіші, СемицеражәнеVetek жартылай өткізгішіосы салада ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстармен айналысады.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 20 мамыр