Stratum epitaxiale est pellicula tenuis monocrystallina specifica in substrato lamellae per processum epitaxialem creta; lamella substrati et pellicula epitaxialis simul lamella epitaxialis appellantur. Inter haec, crescens stratum epitaxiale carburi silicii in substrato carburi silicii conductivo lamellam epitaxialem carburi silicii homogeneam producit, quae ulterius in machinas potentiae sicut diodos Schottky, MOSFETs, et IGBTs fabricari potest. Genus substrati latissime adhibitum est substratum 4H-SiC.
Cum fere omnes machinae in stratis epitaxialibus fabricentur, qualitas strati epitaxialis magnum momentum in efficacia machinae habet. Attamen qualitas strati epitaxialis a processu crystalli et substrati afficitur, quod eam in puncto critico industriae collocat et munus cardinale in eius evolutione agit.
Methodi primariae ad strata epitaxialia carburi silicii praeparanda includunt: depositionem vaporis; epitaxiam phasis liquidae (LPE); epitaxiam fasciculi molecularis (MBE); et depositionem vaporis chemici (CVD). Inter has, depositio vaporis chemici (CVD) est methodus latissime adhibita ad epitaxiam homogeneam 4H-SiC. Epitaxia CVD 4H-SiC typice apparatum CVD adhibet, quod continuitatem structurae crystallinae 4H-SiC sub temperaturis altis crescentiae curat.
In apparatu CVD, substratum non potest directe in superficie metallica poni nec simpliciter in basi ad depositionem epitaxialem collocari, cum hoc varios factores influentes implicat, ut directio fluxus gasis (horizontalis, verticalis), temperatura, pressio, fixatio, et contaminatio ex particulis emissis. Ergo, basis sustentans requiritur; substratum in alveo ponitur, et depositio epitaxialis deinde in substrato per technologiam CVD perficitur. Haec basis sustentans est basis graphita SiC obducta.
Ut pars principalis, substratum graphitum magnam vim specificam et modulum specificum, necnon bonam resistentiam contra ictus thermicos et corrosionem praebet. Attamen, in productione, graphitus corrosioni et pulveris effusioni obnoxius est propter gases corrosivos et composita organometallica residua, quae vitam utilem substrati significanter minuerunt. Simul, pulvis graphitus effusus fragmenta contaminare potest. In productione laminarum epitaxialium carburi silicii, magis magisque difficile factum est requisitis semper severioribus pro materiis graphitis satisfacere, quae evolutionem et applicationem practicam graviter limitant. Proinde,technologia obductionisut solutio emersit.
Commoda Tegumentorum SiC in Industria Semiconductorum
Proprietates physicae et chemicae obtegumentorum requisitis strictis pro resistentia ad altas temperaturas et corrosionem satisfacere debent, cum hae directe ad augmentum et diuturnitatem producti afficiant. Materia SiC magnam firmitatem, magnam duritiem, humilem coefficientem expansionis thermalis, et excellentem conductivitatem thermalem possidet, quae eam materiam structuralem et semiconductoriam criticam ad altas temperaturas facit. Cum ad substrata graphita applicatur, eius commoda includunt:
1) SiC corrosioni resistit et substratum graphitum plene includere potest. Densitas eius magna damnum a gasibus corrosivis prohibet.
2) SiC magnam conductivitatem thermalem et validam vim nexus cum substrato graphito habet, ita ut stratum integrum maneat etiam post repetitos cyclos temperaturarum altarum et humilium.
3) SiC stabilitatem chemicam excellentem possidet, ne deficiat stratum in atmosphaeris altae temperaturae et corrosivis.
Praeterea, furni epitaxiales ex materiis diversis facti laminas graphitae cum certis specificationibus functionis requirunt. Coefficiens expansionis thermalis materiae graphitae cum temperatura accretionis furni epitaxialis congruere debet. Exempli gratia, cum temperatura accretionis pro epitaxia carburi silicii alta sit, laminae cum alto gradu congruenti coefficientis expansionis thermalis requiruntur. Coefficiens expansionis thermalis SiC parum differt a coefficiente graphitae, quod eam materiam praefert ad superficiem substratorum graphitae tegendam.
SiC in multis formis crystallinis existit, quarum frequentissimae nunc sunt genera 3C, 4H, et 6H, quorum unumquodque diversis applicationibus servit. Exempli gratia, 4H-SiC ad fabricanda instrumenta magnae potentiae adhibetur; 6H-SiC est stabilissimus et ad fabricanda instrumenta optoelectronica adhibetur; et 3C-SiC, propter similitudinem structuralem cum GaN, ad producendas stratas epitaxiales GaN ad fabricanda instrumenta SiC-GaN RF adhibetur. 3C-SiC etiam vulgo β-SiC appellatur. Usus principalis β-SiC est ut materia pelliculae tenuis et tegumenti; proinde, β-SiC nunc est materia primaria ad tegumenta adhibita.
Obductiones SiC, ut res vulgaris consumibilis in productione semiconductorum, imprimis in processibus ut praeparatione substrati, epitaxia, oxidatione et diffusione, corrosione, et implantatione ionica adhibentur. Proprietates physicae et chemicae obductionis requisitis strictis pro resistentia altae temperaturae et resistentia corrosionis satisfacere debent, cum hae directe proventum producti et diuturnitatem afficiant. Proinde, praeparatio obductionum SiC critica est.
Processus Praeparandi Tegumenta Carbidi Silicii
Inter principales methodos hodiernas ad obductiones SiC praeparandas sunt methodus sol-gel, methodus inclusa, obductio penicillo, aspersio plasmatis, reactio vaporis chemici (CVR), et depositio vaporis chemici (CVD).
Methodus Incorporationis
Haec methodus genus est sinterizationis status solidi altae temperaturae. Praecipue utitur mixtura pulveris silicii (Si) et pulveris carbonis (C) ut pulverem inclusionis. Substratum graphitae intra pulverem inclusionis ponitur et altis temperaturis in atmosphaera gasi inertis sinterizatur, tandem stratum SiC in superficie substrati graphitae formans. Haec methodus processum simplicem et bonam adhaesionem inter stratum et substratum praebet; tamen, stratum uniformitatem malam secundum directionem crassitudinis exhibet et pronum est ad numerosos poros formandos, unde resistentia oxidationis mala oritur.
Methodus Penicillorum Obducendi
Methodus penicillo obducendi imprimis materiam rudis liquidam superficiei substrati graphiti applicandam implicat, deinde materiam ad certam temperaturam curandam ad obductionem formandam. Haec methodus simplex et sumptibus parcis est; tamen obductio resultans adhaesionem debilem substrato, uniformitatem parvam, et relative tenuis cum resistentia oxidationis humili exhibet, methodos supplementarias necessarias faciens.
Methodus Pulverisationis Plasmatis
Methodus pulverizationis plasmatis utitur sclopeto plasmatico ad materiam crudam liquefactam vel semi-liquefactam in superficiem substrati graphiti pulverizandam, quae deinde solidatur et cohaeret ad stratum formandum. Haec methodus facile administratur et strata carburi silicii relative densa producere potest; tamen strata resultantia saepe nimis tenuia sunt, quod ad resistentiam oxidationis pauperem ducit. Quapropter, plerumque in praeparatione stratorum compositorum SiC adhibetur ad qualitatem stratorum emendandam.
Methodus Gel-Sol
Methodus gel-sol imprimis implicat praeparationem solutionis solaris uniformis et pellucidae ad superficiem substrati obducendam. Postquam in gel exsiccatur, materia sinterizatur ad obductionem formandam. Haec methodus facilis est ad operaturum et relative vilis; tamen obductiones resultantes incommodis laborant, ut resistentia humilis contra ictus thermales et proclivitas ad fissuras, quae applicationem earum late diffusam limitant.
Methodus Reactionis Vaporis Chemici (RCV)
CVR imprimis pulveres Si et SiO₂ adhibet ad vaporem SiO₂ generandum temperaturis altis, seriem reactionum chemicarum in superficie substrati Si incitans ad stratum SiC formandum. Stratum SiC hac methodo productum arcte substrato adhaeret; tamen temperatura reactionis alta est, et pretium etiam relative altum.
Depositio Vaporis Chemici (CVD)
Depositio vaporum carbonatorum (CVD) nunc est technologia primaria ad praeparandas obductiones SiC in superficiebus substrati. Processus principalis seriem reactionum physico-chemicarum inter reactantes gasosos et superficiem substrati complectitur, quae tandem depositionem obductionis SiC efficit. Obductiones SiC per technologiam CVD productae arcte ad superficiem substrati adhaerent et resistentiam oxidationis et resistentiam ablationis materiae substrati efficaciter augere possunt; tamen, haec methodus tempus depositionis relative longum requirit, et gases reactionis quasdam partes toxicas continent.
Tendentiae in Tegumentis SiC
Tegumenta SiC imprimis ut res consumibiles in fabricatione semiconductorum adhibentur, cum mensurae functionis clavis includant uniformitatem tegumentorum, coefficiens expansionis thermalis, et conductivitatem thermalem. Quamquam magna est postulatio domestica tegumentorum SiC in Sinis, technologia adhuc immatura est. Transmarinis regionibus, una tantum societas Americana in hoc campo operatur, et eius producta relative pretiosa sunt.
Naves crystallinaeSunt res consumibiles in productione epitaxiali adhibitae quae graphitum SiC-obductum substituere possunt, quamquam volumen mercatus parvum est. Deinde est graphitum TaC-obductum, quod meliorem resistentiam corrosionis chemicae quam graphitum nudum vel graphitum SiC-obductum offert, sed pretio prohibitivo est et adhuc in primis stadiis evolutionis est. Nunc, societates domesticae ut...Liufang semiconductor, Semicera, etVetek Semiconductorin hac provincia investigationi et progressioni versantur.
Tempus publicationis: XX Maii, MMXXVI