Eng epitaktesch Schicht ass eng spezifesch Eenkristall-Dënnschicht, déi duerch en epitaktischen Prozess op engem Wafer-Substrat gewuess ass; de Substratwafer an den epitaktischen Film ginn zesummen als epitaktesch Wafer bezeechent. Ënner dësen produzéiert d'Zucht vun enger Siliziumcarbid-Epitaxschicht op engem leitfäege Siliziumcarbid-Substrat eng homogen Siliziumcarbid-Epitaxschicht, déi weider a Kraaftelementer wéi Schottky-Dioden, MOSFETs an IGBTs fabrizéiert ka ginn. Déi am meeschte verbreet Substrataart ass den 4H-SiC-Substrat.
Well bal all Apparater op epitaktischen Schichten hiergestallt ginn, huet d'Qualitéit vun der epitaktischer Schicht e wesentlechen Afloss op d'Leeschtung vum Apparat. D'Qualitéit vun der epitaktischer Schicht gëtt awer vun der Kristall- a Substratveraarbechtung beaflosst, wat se op e kritesche Punkt an der Industrie bréngt an eng zentral Roll an hirer Entwécklung spillt.
Déi primär Methode fir d'Virbereedung vun epitaktischen Schichten aus Siliziumcarbid enthalen: Dampfoflagerung; Flëssegkeetsphase-Epitaxie (LPE); Molekularstrahl-Epitaxie (MBE); a chemesch Dampfoflagerung (CVD). Dorënner ass d'chemesch Dampfoflagerung (CVD) déi am meeschte verbreet Method fir 4H-SiC homogen Epitaxie. 4H-SiC CVD-Epitaxie benotzt typescherweis CVD-Ausrüstung, déi d'Kontinuitéit vun der 4H-SiC-Kristallstruktur bei héijen Wuesstemperaturen garantéiert.
Bei CVD-Ausrüstung kann de Substrat net direkt op eng Metalluewerfläch placéiert ginn oder einfach op eng Basis fir epitaktesch Oflagerung, well dobäi verschidde Faktoren wéi d'Gasstroumrichtung (horizontal, vertikal), Temperatur, Drock, Fixatioun a Kontaminatioun duerch ofgefallene Partikelen involvéiert sinn. Dofir ass eng Ënnerstëtzungsbasis noutwendeg; de Substrat gëtt op engem Tablett placéiert, an d'epitaxial Oflagerung gëtt dann um Substrat mat Hëllef vun der CVD-Technologie duerchgefouert. Dës Ënnerstëtzungsbasis ass eng SiC-beschichtete Graphitbasis.
Als Kärkomponent huet de Graphitsubstrat eng héich spezifesch Festigkeit a spezifesche Modul, souwéi eng gutt Wärmeschock- a Korrosiounsbeständegkeet. Wärend der Produktioun ass de Graphit awer Korrosioun a Pulveroffäll duerch korrosiv Gasen a Reschtorganometallverbindungen ausgesat, wat d'Liewensdauer vum Substrat däitlech reduzéiert. Gläichzäiteg kann dat offällegt Graphitpulver d'Chips kontaminéieren. Bei der Produktioun vun epitaktischen Siliziumcarbid-Waferen ass et ëmmer méi schwéier ginn, déi ëmmer méi streng Ufuerderunge fir Graphitmaterialien ze erfëllen, wat hir Entwécklung a praktesch Uwendung staark limitéiert. Dofir,Beschichtungstechnologiehuet sech als Léisung erausgestallt.
Virdeeler vu SiC-Beschichtungen an der Hallefleiterindustrie
Déi physikalesch a chemesch Eegeschafte vu Beschichtunge mussen streng Ufuerderunge fir Héichtemperatur- a Korrosiounsbeständegkeet erfëllen, well dës direkt den Ausbezuelungsgrad an d'Liewensdauer vum Produkt beaflossen. SiC-Material huet eng héich Festigkeit, eng héich Häert, e niddrege Koeffizient vun der thermescher Ausdehnung an eng exzellent thermesch Konduktivitéit, wat et zu engem kritesche Struktur- a Hallefleedermaterial bei héijen Temperaturen mécht. Wann et op Graphitsubstrater ugewannt gëtt, sinn seng Virdeeler:
1) SiC ass korrosiounsbeständeg a kann de Graphitsubstrat komplett ëmschléissen. Seng héich Dicht verhënnert Schied duerch korrosiv Gasen.
2) SiC huet eng héich thermesch Leetfäegkeet a staark Bindungsstäerkt mam Graphitsubstrat, wat garantéiert datt d'Beschichtung och no widderhollten héich-niddregen Temperaturzyklen intakt bleift.
3) SiC huet eng exzellent chemesch Stabilitéit, wat de Versoen vun der Beschichtung an héijen Temperaturen a korrosiven Atmosphären verhënnert.
Ausserdeem erfuerderen epitakzial Uewen aus verschiddene Materialien Graphit-Schachte mat spezifesche Leeschtungsspezifizéierungen. Den thermeschen Ausdehnungskoeffizient vum Graphitmaterial muss mat der Wuesstemperatur vum epitakzial Uewen kompatibel sinn. Zum Beispill, well d'Wuesstemperatur fir Siliziumcarbid-Epitaxie héich ass, sinn Schachte mat engem héije Grad vun der Upassung vum thermeschen Ausdehnungskoeffizient erfuerderlech. Den thermeschen Ausdehnungskoeffizient vu SiC ënnerscheet sech ganz wéineg vun deem vu Graphit, wouduerch et zum bevorzugten Material fir d'Beschichtung vun der Uewerfläch vu Graphit-Substrater ass.
SiC gëtt et a verschiddene Kristallformen, woubäi déi heefegst de Moment 3C, 4H an 6H sinn, déi all verschidden Uwendungen déngen. Zum Beispill gëtt 4H-SiC benotzt fir Héichleistungsgeräter ze produzéieren; 6H-SiC ass am stabilsten a gëtt benotzt fir optoelektronesch Geräter ze produzéieren; an 3C-SiC, wéinst senger struktureller Ähnlechkeet mat GaN, gëtt benotzt fir GaN epitaktesch Schichten fir d'Produktioun vu SiC-GaN HF-Geräter ze produzéieren. 3C-SiC gëtt och allgemeng als β-SiC bezeechent. Eng Schlësselapplikatioun vu β-SiC ass als Dënnschicht- a Beschichtungsmaterial; dofir ass β-SiC de Moment dat Haaptmaterial fir Beschichtungen.
Als üblech Verbrauchsmaterial an der Hallefleederproduktioun ginn SiC-Beschichtunge haaptsächlech a Prozesser wéi Substratvirbereedung, Epitaxie, Oxidatioun an Diffusioun, Ätzen an Ionenimplantatioun benotzt. Déi physikalesch a chemesch Eegeschafte vun der Beschichtung mussen streng Ufuerderunge fir Héichtemperaturbeständegkeet a Korrosiounsbeständegkeet erfëllen, well dës direkt den Ausbezuelungsgrad an d'Liewensdauer vum Produkt beaflossen. Dofir ass d'Virbereedung vu SiC-Beschichtunge kritesch.
Prozess fir d'Virbereedung vu Siliziumcarbidbeschichtungen
Aktuell sinn déi wichtegst Methode fir d'Virbereedung vu SiC-Beschichtungen d'Sol-Gel-Method, d'Abedding-Method, d'Pinselbeschichtung, d'Plasmasprëtzen, d'chemesch Dampfreaktion (CVR) an d'chemesch Dampfabsetzung (CVD).
Embedding-Method
Dës Method ass eng Zort Héichtemperatur-Festkierper-Sinterung. Si benotzt haaptsächlech eng Mëschung aus Silizium (Si)-Pulver a Kuelestoff (C)-Pulver als Embedding-Pulver. E Graphit-Substrat gëtt an den Embedding-Pulver placéiert a bei héijen Temperaturen an enger Inertgasatmosphär gesintert, wouduerch schlussendlech eng SiC-Beschichtung op der Uewerfläch vum Graphit-Substrat entsteet. Dës Method huet e einfache Prozess an eng gutt Haftung tëscht der Beschichtung an dem Substrat; d'Beschichtung weist awer eng schlecht Uniformitéit laanscht d'Déckterichtung op a kann dacks vill Poren entwéckelen, wat zu enger schlechter Oxidatiounsbeständegkeet féiert.
Pinselbeschichtungsmethod
D'Pinselbeschichtungsmethod besteet haaptsächlech doran, flëssegt Rohmaterial op d'Uewerfläch vum Graphitsubstrat opzedroen, gefollegt vun der Aushärtung vum Material bei enger spezifescher Temperatur fir d'Beschichtung ze bilden. Dës Method ass einfach a kosteneffektiv; awer déi resultéierend Beschichtung weist eng schwaach Haftung um Substrat, eng schlecht Uniformitéit an ass relativ dënn mat enger gerénger Oxidatiounsbeständegkeet, wat zousätzlech Methoden néideg mécht.
Plasma-Sprëtzmethod
D'Plasmasprëtzmethod besteet doran, mat enger Plasmapistoul geschmollte oder hallefgeschmollte Réimaterial op d'Uewerfläch vum Graphitsubstrat ze sprëtzen, dat dann fest gëtt a sech bindt fir eng Beschichtung ze bilden. Dës Method ass einfach ze bedreiwen a kann relativ dicht Siliziumcarbidbeschichtunge produzéieren; awer déi resultéierend Beschichtunge sinn dacks ze dënn, wat zu enger schlechter Oxidatiounsbeständegkeet féiert. Dofir gëtt se allgemeng bei der Virbereedung vu SiC-Kompositbeschichtunge benotzt fir d'Beschichtungsqualitéit ze verbesseren.
Gel-Sol Method
D'Gel-Sol-Method besteet haaptsächlech doran, eng eenheetlech, transparent Sol-Léisung ze preparéieren, fir d'Uewerfläch vum Substrat ze beschichten. Nodeems d'Material zu engem Gel gedréchent ass, gëtt et gesintert, fir d'Beschichtung ze bilden. Dës Method ass einfach ze bedreiwen a relativ bëlleg; déi resultéierend Beschichtunge leiden awer ënner Nodeeler, wéi enger gerénger Wärmeschockbeständegkeet an enger Tendenz zum Rëssen, wat hir verbreet Uwendung limitéiert.
Method vun der chemescher Dampfreaktioun (CVR)
CVR benotzt haaptsächlech Si- a SiO₂-Pulver fir SiO₂-Damp bei héijen Temperaturen ze generéieren, wat eng Serie vu chemesche Reaktiounen op der Uewerfläch vum Si-Substrat ausléist, fir eng SiC-Beschichtung ze bilden. D'SiC-Beschichtung, déi mat dëser Method produzéiert gëtt, bindt sech fest un de Substrat; d'Reaktiounstemperatur ass awer héich an d'Käschte si relativ héich.
Chemesch Dampoflagerung (CVD)
CVD ass de Moment déi primär Technologie fir d'Virbereedung vu SiC-Beschichtungen op Substratoberflächen. De wichtegste Prozess besteet aus enger Serie vu physikochemesche Reaktiounen tëscht gasfërmegen Reaktanten an der Substratoberfläch, wat schlussendlech zu der Oflagerung vun enger SiC-Beschichtung féiert. SiC-Beschichtungen, déi mat der CVD-Technologie produzéiert ginn, bannen enk un d'Substratoberfläch a kënnen d'Oxidatiounsbeständegkeet an d'Ablatiounsbeständegkeet vum Substratmaterial effektiv verbesseren; dës Method erfuerdert awer eng relativ laang Oflagerungszäit, an d'Reaktiounsgase enthalen bestëmmt gëfteg Komponenten.
Trends an SiC-Beschichtungen
SiC-Beschichtunge gi virun allem als Verbrauchsgidder an der Hallefleederproduktioun benotzt, mat Schlësselleistungsmetriken, dorënner d'Uniformitéit vun de Beschichtungen, den thermeschen Ausdehnungskoeffizient an d'Wärmeleitfäegkeet. Wärend et a China eng bedeitend Nofro fir SiC-Beschichtunge gëtt, ass d'Technologie nach ëmmer onreif. Am Ausland ass nëmmen eng US-Firma an dësem Beräich aktiv, an hir Produkter si relativ deier.
Kristallbootersinn Verbrauchsmaterialien, déi an der epitaktischer Produktioun benotzt ginn a SiC-beschichtete Graphit ersetzen kënnen, obwuel de Maartvolumen kleng ass. Duerno kënnt TaC-beschichtete Graphit, deen eng besser chemesch Korrosiounsbeständegkeet bitt wéi blanne Graphit oder SiC-beschichtete Graphit, awer et ass onméiglech deier an nach ëmmer an der fréier Entwécklungsphase. Aktuell sinn inlännesch Firmen wéi z. B.Liufang semiconductor, Semicera, anVetek Semiconductorsinn an dësem Beräich mat Fuerschung an Entwécklung engagéiert.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 20. Mee 2026