SiC dengti grafito pagrindai dažniausiai naudojami monokristaliniams substratams laikyti ir kaitinti metalo-organinio cheminio garų nusodinimo (MOCVD) įrangoje. SiC dengto grafito pagrindo terminis stabilumas, terminis vienodumas ir kiti eksploataciniai parametrai vaidina lemiamą vaidmenį epitaksinės medžiagos augimo kokybei, todėl jis yra pagrindinis MOCVD įrangos komponentas.
Gaminant plokšteles, ant kai kurių plokštelių pagrindų toliau konstruojami epitaksiniai sluoksniai, siekiant palengvinti įrenginių gamybą. Tipiniams LED šviesą skleidžiantiems įrenginiams reikia paruošti epitaksinius GaAs sluoksnius ant silicio pagrindų; SiC epitaksinis sluoksnis auginamas ant laidaus SiC pagrindo, skirto tokių įrenginių, kaip SBD, MOSFET ir kt., konstravimui, skirtiems aukštos įtampos, didelės srovės ir kitoms galios reikmėms; GaN epitaksinis sluoksnis konstruojamas ant pusiau izoliuoto SiC pagrindo, siekiant toliau konstruoti HEMT ir kitus įrenginius, skirtus RF reikmėms, tokioms kaip ryšys. Šis procesas yra neatsiejamas nuo CVD įrangos.
CVD įrangoje padėklo negalima tiesiogiai uždėti ant metalo arba tiesiog uždėti ant pagrindo epitaksiniam nusodinimui, nes tam įtakos turi dujų srautas (horizontalus, vertikalus), temperatūra, slėgis, fiksacija, teršalų išsiskyrimas ir kiti aspektai. Todėl reikalingas pagrindas, o tada padėklas uždedamas ant disko, o tada epitaksinis nusodinimas atliekamas ant padėklo naudojant CVD technologiją, o šis pagrindas yra SiC dengtas grafito pagrindas (dar vadinamas plokštele).
SiC dengti grafito pagrindai dažniausiai naudojami monokristaliniams substratams laikyti ir kaitinti metalo-organinio cheminio garų nusodinimo (MOCVD) įrangoje. SiC dengto grafito pagrindo terminis stabilumas, terminis vienodumas ir kiti eksploataciniai parametrai vaidina lemiamą vaidmenį epitaksinės medžiagos augimo kokybei, todėl jis yra pagrindinis MOCVD įrangos komponentas.
Metalo organinis cheminis garų nusodinimas (MOCVD) yra pagrindinė GaN plėvelių epitaksinio auginimo mėlynuosiuose LED technologija. Ji pasižymi paprastu valdymu, kontroliuojamu augimo greičiu ir dideliu GaN plėvelių grynumu. Kaip svarbus MOCVD įrangos reakcijos kameros komponentas, GaN plėvelės epitaksiniam auginimui naudojamas guolio pagrindas turi pasižymėti atsparumu aukštai temperatūrai, vienodu šilumos laidumu, geru cheminiu stabilumu, dideliu atsparumu terminiam smūgiui ir kt. Grafito medžiaga gali atitikti minėtas sąlygas.
Kaip vienas iš pagrindinių MOCVD įrangos komponentų, grafito pagrindas yra substrato nešiklis ir kaitinimo kūnas, kuris tiesiogiai lemia plėvelės medžiagos vienodumą ir grynumą, todėl jo kokybė tiesiogiai veikia epitaksinio lakšto paruošimą, o tuo pačiu metu, didėjant naudojimo atvejų skaičiui ir keičiantis darbo sąlygoms, jį labai lengva dėvėti, jis priklauso eksploatacinėms medžiagoms.
Nors grafitas pasižymi puikiu šilumos laidumu ir stabilumu, jis turi gerą pranašumą kaip pagrindinis MOCVD įrangos komponentas, tačiau gamybos procese grafitas korozuoja miltelius dėl korozinių dujų ir metalinių organinių medžiagų likučių, todėl grafito pagrindo tarnavimo laikas labai sutrumpėja. Tuo pačiu metu krentantys grafito milteliai užteršia lustą.
Atsiradus dengimo technologijoms, galima užtikrinti paviršiaus miltelių fiksaciją, padidinti šilumos laidumą ir išlyginti šilumos pasiskirstymą, todėl tai tapo pagrindine technologija šiai problemai spręsti. Grafito pagrindo paviršius MOCVD įrangos naudojimo aplinkoje turi atitikti šias charakteristikas:
(1) Grafito pagrindą galima visiškai suvynioti, o tankis yra geras, kitaip grafito pagrindą lengva korozuoti korozinėse dujose.
(2) Grafito pagrindo ir kombinuoto stiprumo derinys yra didelis, kad danga nebūtų lengvai nuimama po kelių aukštos ir žemos temperatūros ciklų.
(3) Jis pasižymi geru cheminiu stabilumu, kad būtų išvengta dangos gedimo aukštoje temperatūroje ir korozinėje atmosferoje.
SiC pasižymi atsparumu korozijai, dideliu šilumos laidumu, atsparumu terminiam smūgiui ir dideliu cheminiu stabilumu, todėl gali gerai veikti GaN epitaksinėje atmosferoje. Be to, SiC šiluminio plėtimosi koeficientas labai mažai skiriasi nuo grafito, todėl SiC yra pageidaujama medžiaga grafito pagrindo paviršiaus padengimui.
Šiuo metu dažniausiai sutinkamas SiC yra 3C, 4H ir 6H tipo, o skirtingų kristalų tipų SiC panaudojimas skiriasi. Pavyzdžiui, 4H-SiC gali būti naudojamas didelio galingumo įtaisų gamyboje; 6H-SiC yra stabiliausias ir gali būti naudojamas fotoelektrinių įtaisų gamyboje; dėl panašios struktūros į GaN, 3C-SiC gali būti naudojamas GaN epitaksiniam sluoksniui gaminti ir SiC-GaN RF įtaisams gaminti. 3C-SiC taip pat dažnai vadinamas β-SiC, o svarbus β-SiC panaudojimas yra plėvelės ir dangos medžiagos gamyba, todėl β-SiC šiuo metu yra pagrindinė dangų medžiaga.
Silicio karbido dangos paruošimo metodas
Šiuo metu SiC dangos paruošimo metodai daugiausia apima gelio-zolio metodą, įterpimo metodą, šepečio dengimo metodą, plazminio purškimo metodą, cheminės dujų reakcijos metodą (CVR) ir cheminio garų nusodinimo metodą (CVD).
Įdėjimo būdas:
Šis metodas yra aukštos temperatūros kietosios fazės sukepinimo rūšis, kurioje kaip įterpimo milteliai daugiausia naudojamas Si ir C miltelių mišinys, grafito matrica dedama į įterpimo miltelius, o aukštos temperatūros sukepinimas atliekamas inertinėse dujose, ir galiausiai ant grafito matricos paviršiaus gaunama SiC danga. Procesas yra paprastas, o dangos ir pagrindo derinys yra geras, tačiau dangos vienodumas išilgai storio yra prastas, todėl lengva pagaminti daugiau skylių ir sumažėja atsparumas oksidacijai.
Šepetėlio dengimo būdas:
Šepetėlio dengimo metodas daugiausia yra skystos žaliavos užtepimas ant grafito matricos paviršiaus, o tada žaliava kietinama tam tikroje temperatūroje, kad būtų paruošta danga. Procesas yra paprastas ir nebrangus, tačiau šepetėlio dengimo metodu paruošta danga yra silpna kartu su pagrindu, dangos vienodumas yra prastas, danga yra plona ir atsparumas oksidacijai yra mažas, todėl reikalingi kiti metodai.
Plazminio purškimo metodas:
Plazminio purškimo metodas daugiausia skirtas išlydytų arba pusiau išlydytų žaliavų purškimui ant grafito matricos paviršiaus plazminiu pistoletu, o po to sukietėjimui ir surišimui, kad susidarytų danga. Metodas yra paprastas naudoti ir gali paruošti gana tankią silicio karbido dangą, tačiau tokiu būdu paruošta silicio karbido danga dažnai yra per silpna ir silpnai atspari oksidacijai, todėl jis paprastai naudojamas SiC kompozicinių dangų gamybai, siekiant pagerinti dangos kokybę.
Gelio-zolio metodas:
Gelio-zolio metodas daugiausia skirtas paruošti vienodą ir skaidrų zolio tirpalą, padengiantį matricos paviršių, išdžiovinant jį iki gelio, o po to sukepant, kad būtų gauta danga. Šis metodas yra paprastas naudoti ir nebrangus, tačiau pagaminta danga turi tam tikrų trūkumų, tokių kaip mažas atsparumas terminiam smūgiui ir lengvas trūkinėjimas, todėl ji negali būti plačiai naudojama.
Cheminė dujų reakcija (CVR):
CVR daugiausia gamina SiC dangą, naudodamas Si ir SiO2 miltelius, kad aukštoje temperatūroje generuotų SiO garus, o C medžiagos pagrindo paviršiuje vyksta cheminių reakcijų serija. Šiuo metodu paruošta SiC danga yra glaudžiai sujungta su pagrindu, tačiau reakcijos temperatūra ir kaina yra aukštesnė.
Cheminis garų nusodinimas (CVD):
Šiuo metu CVD yra pagrindinė SiC dangos paruošimo ant pagrindo paviršiaus technologija. Pagrindinis procesas yra dujų fazės reagento fizikinių ir cheminių reakcijų serija ant pagrindo paviršiaus, o galiausiai SiC danga paruošiama nusodinant ant pagrindo paviršiaus. CVD technologija paruošta SiC danga yra glaudžiai sujungta su pagrindo paviršiumi, o tai gali efektyviai pagerinti pagrindo medžiagos atsparumą oksidacijai ir abliacinį atsparumą, tačiau šio metodo nusodinimo laikas yra ilgesnis, o reakcijos dujos turi tam tikrų toksiškų dujų.
SiC dengto grafito pagrindo rinkos padėtis
Kai užsienio gamintojai pradėjo anksti, jie turėjo aiškų pranašumą ir didelę rinkos dalį. Tarptautiniu mastu pagrindiniai SiC dengto grafito pagrindo tiekėjai yra Olandijos „Xycard“, Vokietijos „SGL Carbon“ (SGL), Japonijos „Toyo Carbon“, Jungtinių Valstijų „MEMC“ ir kitos įmonės, kurios iš esmės užima tarptautinę rinką. Nors Kinija pralaužė pagrindinę SiC dangos tolygaus augimo ant grafito matricos paviršiaus technologiją, aukštos kokybės grafito matrica vis dar priklauso nuo Vokietijos „SGL“, Japonijos „Toyo Carbon“ ir kitų įmonių, o vietinių įmonių tiekiama grafito matrica turi įtakos eksploatavimo trukmei dėl šilumos laidumo, elastingumo modulio, standumo modulio, gardelės defektų ir kitų kokybės problemų. MOCVD įranga negali atitikti SiC dengto grafito pagrindo naudojimo reikalavimų.
Kinijos puslaidininkių pramonė sparčiai vystosi, palaipsniui didėjant MOCVD epitaksinės įrangos lokalizacijos greičiui ir plečiantis kitų procesų taikymams, tikimasi, kad ateityje SiC dengtų grafito pagrindo gaminių rinka sparčiai augs. Remiantis preliminariais pramonės vertinimais, per ateinančius kelerius metus vietinė grafito pagrindo rinka viršys 500 mln. juanių.
SiC dengta grafito bazė yra pagrindinis sudėtinių puslaidininkių industrializacijos įrangos komponentas, o pagrindinių gamybos ir gamybos technologijų įvaldymas bei visos žaliavų, procesų ir įrangos pramonės grandinės lokalizavimas yra strategiškai labai svarbus užtikrinant Kinijos puslaidininkių pramonės plėtrą. Vietinės SiC dengtos grafito bazės sritis sparčiai auga, o produkto kokybė netrukus gali pasiekti tarptautinį pažangų lygį.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 24 d.