Эпитаксиалдык катмар – бул эпитаксиалдык процесс аркылуу пластина субстратында өстүрүлгөн белгилүү бир монокристаллдык жука пленка; субстрат пластинасы жана эпитаксиалдык пленка жалпысынан эпитаксиалдык пластина деп аталат. Алардын арасында өткөргүч кремний карбидинин субстратында кремний карбидинин эпитаксиалдык катмарын өстүрүү бир тектүү кремний карбидинин эпитаксиалдык пластинасын пайда кылат, аны андан ары Шоттки диоддору, MOSFETтер жана IGBT сыяктуу кубаттуулук түзүлүштөрүнө жасоого болот. Эң кеңири колдонулган субстраттын түрү – 4H-SiC субстраты.
Дээрлик бардык түзмөктөр эпитаксиалдык катмарларда жасалгандыктан, эпитаксиалдык катмардын сапаты түзмөктүн иштешине олуттуу таасир этет. Бирок, эпитаксиалдык катмардын сапатына кристалл жана субстрат иштетүү таасир этет, бул аны тармактагы маанилүү учурга коёт жана анын өнүгүшүндө чечүүчү ролду ойнойт.
Кремний карбидинин эпитаксиалдык катмарларын даярдоонун негизги ыкмаларына төмөнкүлөр кирет: буу менен чөктүрүү; суюк фазалуу эпитакси (LPE); молекулярдык нурлуу эпитакси (MBE); жана химиялык буу менен чөктүрүү (CVD). Алардын ичинен химиялык буу менен чөктүрүү (CVD) 4H-SiC бир тектүү эпитаксиясы үчүн эң кеңири колдонулган ыкма болуп саналат. 4H-SiC CVD эпитаксиясы адатта CVD жабдууларын колдонот, ал жогорку өсүү температурасында 4H-SiC кристаллдык түзүлүшүнүн үзгүлтүксүздүгүн камсыз кылат.
CVD жабдууларында негизди түздөн-түз металл бетине коюуга же жөн гана эпитаксиалдык чөкмө үчүн негизге коюуга болбойт, анткени бул газ агымынын багыты (горизонталдык, вертикалдык), температура, басым, фиксация жана төгүлгөн бөлүкчөлөрдөн булгануу сыяктуу ар кандай таасир этүүчү факторлорду камтыйт. Ошондуктан, таяныч негиз талап кылынат; негиз лотокко коюлат, андан кийин CVD технологиясын колдонуу менен негизге эпитаксиалдык чөкмө жүргүзүлөт. Бул таяныч негиз SiC менен капталган графит негизи болуп саналат.
Негизги компонент катары графит субстраты жогорку салыштырмалуу бекемдикке жана салыштырмалуу модулга, ошондой эле жакшы жылуулук соккусуна жана коррозияга туруктуулукка ээ. Бирок, өндүрүш учурунда графит коррозияга жана порошоктун төгүлүшүнө дуушар болот, бул субстраттын иштөө мөөнөтүн бир кыйла кыскартат. Ошол эле учурда, төгүлгөн графит порошогу сыныктарды булгашы мүмкүн. Кремний карбидинин эпитаксиалдык пластиналарын өндүрүүдө графит материалдарына болгон барган сайын катаал талаптарды канааттандыруу барган сайын кыйындап, аларды иштеп чыгууну жана практикалык колдонууну кескин чектеп жатат. Натыйжада,каптоо технологиясычечим катары пайда болду.
Жарым өткөргүчтөр өнөр жайында SiC каптоолордун артыкчылыктары
Каптоолордун физикалык жана химиялык касиеттери жогорку температурага жана коррозияга туруктуулукка карата катуу талаптарга жооп бериши керек, анткени алар продукциянын түшүмдүүлүгүнө жана иштөө мөөнөтүнө түздөн-түз таасир этет. SiC материалы жогорку бекемдикке, жогорку катуулукка, жылуулук кеңейүүсүнүн төмөнкү коэффициентине жана эң сонун жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө ээ, бул аны жогорку температурадагы маанилүү структуралык жана жарым өткөргүч материалга айлантат. Графит субстраттарына колдонулганда, анын артыкчылыктары төмөнкүлөрдү камтыйт:
1) SiC коррозияга туруктуу жана графит субстратын толугу менен каптай алат. Анын жогорку тыгыздыгы коррозиялык газдардын зыянына жол бербейт.
2) SiC жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө жана графит субстраты менен күчтүү байланыш күчүнө ээ, бул кайталанган жогорку-төмөн температура циклдеринен кийин да каптаманын бүтүн бойдон калышын камсыздайт.
3) SiC жогорку температурадагы, коррозиялык атмосферада каптаманын бузулушунун алдын алуу үчүн эң сонун химиялык туруктуулукка ээ.
Мындан тышкары, ар кандай материалдардан жасалган эпитаксиалдык мештер белгилүү бир иштөө мүнөздөмөлөрүнө ээ графит лотокторун талап кылат. Графит материалынын жылуулук кеңейүү коэффициенти эпитаксиалдык мештин өсүү температурасына шайкеш келиши керек. Мисалы, кремний карбидинин эпитаксисинин өсүү температурасы жогору болгондуктан, жылуулук кеңейүү коэффициентине дал келген жогорку деңгээлдеги лотоктор талап кылынат. SiC жылуулук кеңейүү коэффициенти графиттикинен анча айырмаланбайт, бул аны графит субстраттарынын бетин каптоо үчүн артыкчылыктуу материалга айлантат.
SiC бир нече кристалл формаларында кездешет, алардын эң кеңири тараганы учурда 3C, 4H жана 6H түрлөрү болуп саналат, алардын ар бири ар кандай колдонмолорду сунуштайт. Мисалы, 4H-SiC жогорку кубаттуулуктагы түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн колдонулат; 6H-SiC эң туруктуу жана оптоэлектрондук түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн колдонулат; ал эми 3C-SiC, GaNге структуралык окшоштугунан улам, SiC-GaN RF түзүлүштөрүн өндүрүү үчүн GaN эпитаксиалдык катмарларын өндүрүү үчүн колдонулат. 3C-SiC ошондой эле β-SiC деп аталат. β-SiC негизги колдонулушу жука пленка жана каптоочу материал катары колдонулат; демек, β-SiC учурда каптоо үчүн колдонулган негизги материал болуп саналат.
Жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүдө кеңири таралган керектелүүчү материал катары SiC каптамалары негизинен субстрат даярдоо, эпитаксия, кычкылдануу жана диффузия, оюу жана ион имплантациясы сыяктуу процесстерде колдонулат. Каптаманын физикалык жана химиялык касиеттери жогорку температурага жана коррозияга туруктуулукка карата катуу талаптарга жооп бериши керек, анткени алар продукциянын чыгышына жана иштөө мөөнөтүнө түздөн-түз таасир этет. Демек, SiC каптамаларын даярдоо абдан маанилүү.
Кремний карбидинин каптоолорун даярдоо процесси
Учурда SiC каптоолорун даярдоонун негизги ыкмаларына золь-гель ыкмасы, киргизүү ыкмасы, щетка менен каптоо, плазмалык чачыратуу, химиялык буу реакциясы (CVR) жана химиялык буу чөктүрүү (CVD) кирет.
Кыстаруу ыкмасы
Бул ыкма жогорку температурадагы катуу абалдагы бышыруу ыкмасынын бир түрү болуп саналат. Ал негизинен кремний (Si) порошогу менен көмүртек (C) порошогунун аралашмасын камтуу порошогу катары колдонот. Графит субстраты камтуу порошогунун ичине салынып, инерттүү газ атмосферасында жогорку температурада бышырып, акырында графит субстратынын бетинде SiC каптоосун пайда кылат. Бул ыкма жөнөкөй процессти жана каптоо менен субстраттын ортосунда жакшы адгезияны камсыз кылат; бирок, каптоо калыңдыгы боюнча начар бирдейликти көрсөтөт жана көптөгөн тешикчелерди пайда кылууга жакын, бул кычкылданууга туруктуулукту начарлатат.
Щетка менен каптоо ыкмасы
Щетка менен каптоо ыкмасы, негизинен, суюк чийки затты графит субстратынын бетине сүйкөөнү, андан кийин материалды белгилүү бир температурада катмарлоону камтыйт. Бул ыкма жөнөкөй жана үнөмдүү; бирок, алынган каптоо субстратка начар адгезияны, начар бир тектүүлүктү көрсөтөт жана салыштырмалуу жука, кычкылданууга туруктуулугу төмөн, бул кошумча ыкмаларды талап кылат.
Плазма чачыратуу ыкмасы
Плазмалык чачыратуу ыкмасы плазмалык тапанчаны колдонуп, эритилген же жарым эритилген чийки затты графит субстратынын бетине чачууну камтыйт, андан кийин ал катууланып, каптоону пайда кылуу үчүн байланышат. Бул ыкманы колдонуу жөнөкөй жана салыштырмалуу тыгыз кремний карбидинин каптоолорун өндүрө алат; бирок, алынган каптоолор көп учурда өтө жука болуп, кычкылданууга туруктуулугунун начарлашына алып келет. Ошондуктан, ал көбүнчө каптоо сапатын жакшыртуу үчүн SiC композиттик каптоолорун даярдоодо колдонулат.
Гель-Соль ыкмасы
Гель-золь ыкмасы негизинен субстраттын бетин каптоо үчүн бирдей, тунук золь эритмесин даярдоону камтыйт. Гельге кургатылгандан кийин, материал каптоону түзүү үчүн бышыруу процессинен өтөт. Бул ыкманы колдонуу жөнөкөй жана салыштырмалуу арзан; бирок, алынган каптоолордун жылуулук соккусуна туруктуулугунун төмөндүгү жана жарака кетүү тенденциясы сыяктуу кемчиликтери бар, бул алардын кеңири колдонулушун чектейт.
Химиялык буу реакциясы (CVR) ыкмасы
CVR негизинен Si жана SiO₂ порошокторун колдонуп, жогорку температурада SiO₂ буусун пайда кылат, бул SiC каптоосун түзүү үчүн Si субстратынын бетинде бир катар химиялык реакцияларды баштайт. Бул ыкма менен өндүрүлгөн SiC каптоосу субстратка бекем жабышат; бирок, реакция температурасы жогору жана баасы да салыштырмалуу жогору.
Химиялык буу чөкмөсү (ХБЧ)
CVD учурда субстрат беттерине SiC каптоолорун даярдоонун негизги технологиясы болуп саналат. Негизги процесс газ түрүндөгү реактивдер менен субстрат бетинин ортосундагы бир катар физикалык-химиялык реакцияларды камтыйт, акырында SiC каптоосунун пайда болушуна алып келет. CVD технологиясы менен өндүрүлгөн SiC каптоолору субстрат бетине бекем жабышып, субстрат материалынын кычкылданууга туруктуулугун жана абляцияга туруктуулугун натыйжалуу жакшырта алат; бирок, бул ыкма салыштырмалуу узак чөктүрүүнү талап кылат жана реакция газдарынын курамында белгилүү бир уулуу компоненттер бар.
SiC каптоолорундагы тенденциялар
SiC каптамалары негизинен жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүдө керектелүүчү материалдар катары колдонулат, алардын негизги көрсөткүчтөрүнө каптаманын бирдейлиги, жылуулук кеңейүү коэффициенти жана жылуулук өткөрүмдүүлүгү кирет. Кытайда SiC каптамаларына ички суроо-талап чоң болгону менен, технология дагы эле өнүкпөгөн бойдон калууда. Чет өлкөлөрдө бул тармакта бир гана АКШ компаниясы иштейт жана анын продукциялары салыштырмалуу кымбат.
Кристалл кайыктарэпитаксиалдык өндүрүштө колдонулган керектелүүчү материалдар болуп саналат, алар SiC менен капталган графитти алмаштыра алат, бирок рыноктун көлөмү аз. Андан кийин TaC менен капталган графит келет, ал жылаңач графитке же SiC менен капталган графитке караганда химиялык коррозияга жакшыраак туруктуулукту сунуштайт, бирок ал өтө кымбат жана дагы эле өнүгүүнүн алгачкы баскычында. Учурда, мисалы, ата мекендик компаниялар, мисалы,Liufang жарым өткөргүч, Семицера, жанаVetek жарым өткөргүчбул багытта илимий-изилдөө жана иштеп чыгуу иштерин жүргүзүп жатышат.
Жарыяланган убактысы: 20-май, 2026-жыл