Epitaksinis sluoksnis yra specifinė monokristalinė plona plėvelė, užauginta ant plokštelės pagrindo epitaksiniu būdu; pagrindo plokštė ir epitaksinė plėvelė kartu vadinamos epitaksiniu plokštele. Be to, užauginant silicio karbido epitaksinį sluoksnį ant laidaus silicio karbido pagrindo, gaunama homogeninė silicio karbido epitaksinė plokštelė, iš kurios vėliau galima gaminti galios įrenginius, tokius kaip Šotkio diodai, MOSFET ir IGBT. Plačiausiai naudojamas pagrindo tipas yra 4H-SiC pagrindas.
Kadangi praktiškai visi įrenginiai yra pagaminti ant epitaksinių sluoksnių, epitaksinio sluoksnio kokybė daro didelę įtaką įrenginio veikimui. Tačiau epitaksinio sluoksnio kokybei įtakos turi kristalų ir substrato apdorojimas, todėl jis užima kritinę vietą pramonėje ir atlieka lemiamą vaidmenį jos vystymesi.
Pagrindiniai silicio karbido epitaksijos sluoksnių paruošimo metodai yra šie: garų nusodinimas; skystosios fazės epitaksija (LPE); molekulinių pluoštų epitaksija (MBE); ir cheminis garų nusodinimas (CVD). Iš jų cheminis garų nusodinimas (CVD) yra plačiausiai naudojamas 4H-SiC homogeninės epitaksijos metodas. 4H-SiC CVD epitaksijai paprastai naudojama CVD įranga, kuri užtikrina 4H-SiC kristalinės struktūros tęstinumą esant aukštai augimo temperatūrai.
CVD įrangoje padėklo negalima dėti tiesiai ant metalinio paviršiaus arba tiesiog uždėti ant pagrindo epitaksiniam nusodinimui, nes tam įtakos turi įvairūs veiksniai, tokie kaip dujų srauto kryptis (horizontalus, vertikalus), temperatūra, slėgis, fiksacija ir užterštumas dėl išsiskiriančių dalelių. Todėl reikalingas atraminis pagrindas; padėklas dedamas ant padėklo, o epitaksinis nusodinimas atliekamas naudojant CVD technologiją. Šis atraminis pagrindas yra SiC dengtas grafito pagrindas.
Kaip pagrindinis komponentas, grafito substratas pasižymi dideliu savituoju stiprumu ir savituoju moduliu, taip pat geru atsparumu terminiam smūgiui ir korozijai. Tačiau gamybos metu grafitas yra linkęs į koroziją ir miltelių išsiskyrimą dėl korozinių dujų ir likusių organometalinių junginių, o tai žymiai sutrumpina substrato tarnavimo laiką. Tuo pačiu metu išsiskyrę grafito milteliai gali užteršti lustus. Gaminant silicio karbido epitaksines plokšteles, vis sunkiau atitikti vis griežtesnius grafito medžiagų reikalavimus, o tai labai riboja jų kūrimą ir praktinį pritaikymą. Todėl,dengimo technologijaatsirado kaip sprendimas.
SiC dangų privalumai puslaidininkių pramonėje
Dangų fizikinės ir cheminės savybės turi atitikti griežtus atsparumo aukštai temperatūrai ir korozijai reikalavimus, nes tai tiesiogiai veikia produkto išeigą ir tarnavimo laiką. SiC medžiaga pasižymi dideliu stiprumu, dideliu kietumu, mažu šiluminio plėtimosi koeficientu ir puikiu šilumos laidumu, todėl tai yra itin svarbi aukštos temperatūros konstrukcinė ir puslaidininkinė medžiaga. Naudojant ant grafito substratų, jos privalumai:
1) SiC yra atsparus korozijai ir gali visiškai apgaubti grafito pagrindą. Dėl didelio tankio jis apsaugo nuo koroziją sukeliančių dujų sukeliamų pažeidimų.
2) SiC pasižymi dideliu šilumos laidumu ir stipriu sukibimu su grafito substratu, todėl danga išlieka nepažeista net po pakartotinių aukštos ir žemos temperatūros ciklų.
3) SiC pasižymi puikiu cheminiu stabilumu, todėl danga nesuyra aukštoje temperatūroje, korozinėje atmosferoje.
Be to, epitaksinėms krosnims, pagamintoms iš skirtingų medžiagų, reikalingi grafito padėklai su specifiniais eksploataciniais parametrais. Grafito medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas turi būti suderinamas su epitaksinės krosnies augimo temperatūra. Pavyzdžiui, kadangi silicio karbido epitaksijos augimo temperatūra yra aukšta, reikalingi padėklai su dideliu šiluminio plėtimosi koeficiento atitikimo laipsniu. SiC šiluminio plėtimosi koeficientas labai mažai skiriasi nuo grafito, todėl tai yra pageidaujama medžiaga grafito substratų paviršiui dengti.
SiC egzistuoja įvairiomis kristalinėmis formomis, šiuo metu labiausiai paplitusios yra 3C, 4H ir 6H rūšys, kurių kiekviena naudojama skirtingose srityse. Pavyzdžiui, 4H-SiC naudojamas didelės galios įtaisams gaminti; 6H-SiC yra stabiliausias ir naudojamas optoelektroniniams įtaisams gaminti; o 3C-SiC, dėl savo struktūrinio panašumo į GaN, naudojamas GaN epitaksiniams sluoksniams, skirtiems SiC-GaN RF įtaisams gaminti, gaminti. 3C-SiC taip pat dažnai vadinamas β-SiC. Pagrindinis β-SiC panaudojimo būdas yra plonasluoksnės ir dengimo medžiagos; todėl β-SiC šiuo metu yra pagrindinė dangoms naudojama medžiaga.
Kaip įprasta puslaidininkių gamybos medžiaga, SiC dangos daugiausia naudojamos tokiuose procesuose kaip substrato paruošimas, epitaksija, oksidacija ir difuzija, ėsdinimas ir jonų implantacija. Dangos fizikinės ir cheminės savybės turi atitikti griežtus atsparumo aukštai temperatūrai ir korozijai reikalavimus, nes tai tiesiogiai veikia produkto išeigą ir tarnavimo laiką. Todėl SiC dangų paruošimas yra labai svarbus.
Silicio karbido dangų paruošimo procesas
Šiuo metu pagrindiniai SiC dangų gamybos metodai yra zolio-gelio metodas, įterpimo metodas, šepečio padengimas, plazminis purškimas, cheminė garų reakcija (CVR) ir cheminis garų nusodinimas (CVD).
Įterpimo metodas
Šis metodas yra aukštos temperatūros kietojo kūno sukepinimo rūšis. Jame daugiausia naudojamas silicio (Si) ir anglies (C) miltelių mišinys kaip įterpimo milteliai. Grafito substratas dedamas į įterpimo miltelius ir sukepinamas aukštoje temperatūroje inertinių dujų atmosferoje, galiausiai suformuojant SiC dangą ant grafito substrato paviršiaus. Šis metodas pasižymi paprastu procesu ir geru dangos ir substrato sukibimu; tačiau danga storio kryptimi yra prastai vienoda ir linkusi susidaryti daugybei porų, todėl atsparumas oksidacijai yra prastas.
Šepetėlio dengimo metodas
Šepetėlio dengimo metodas pirmiausia apima skystos žaliavos užtepimą ant grafito pagrindo paviršiaus, po to medžiagos kietinimą tam tikroje temperatūroje, kad susidarytų danga. Šis metodas yra paprastas ir ekonomiškas; tačiau gauta danga silpnai sukimba su pagrindu, yra prastai vienoda ir gana plona, su mažu atsparumu oksidacijai, todėl reikia papildomų metodų.
Plazminio purškimo metodas
Plazminio purškimo metodas – tai plazminio purškimo pistoleto naudojimas išlydytos arba pusiau išlydytos žaliavos purškimui ant grafito substrato paviršiaus, kuris vėliau sukietėja ir surišamas, sudarydamas dangą. Šis metodas yra paprastas naudoti ir gali būti naudojamas gauti gana tankias silicio karbido dangas; tačiau gautos dangos dažnai būna per plonos, todėl jų atsparumas oksidacijai yra prastas. Todėl jis paprastai naudojamas ruošiant SiC kompozicines dangas, siekiant pagerinti dangos kokybę.
Gelio-solo metodas
Gelio-zolio metodas pirmiausia apima vienodo, skaidraus zolio tirpalo paruošimą pagrindo paviršiui padengti. Išdžiovinus į gelį, medžiaga sukepinama, kad susidarytų danga. Šis metodas yra paprastas naudoti ir santykinai pigus; tačiau gautos dangos turi trūkumų, tokių kaip mažas atsparumas terminiam smūgiui ir polinkis įtrūkti, todėl jų plačiai taikomas yra sunkiau.
Cheminės garų reakcijos (CVR) metodas
CVR daugiausia naudoja Si ir SiO₂ miltelius, kad aukštoje temperatūroje generuotų SiO₂ garus, sukeldamas cheminių reakcijų seriją Si substrato paviršiuje ir suformuodamas SiC dangą. Šiuo metodu pagaminta SiC danga tvirtai sukimba su substratu; tačiau reakcijos temperatūra yra aukšta, o kaina taip pat gana didelė.
Cheminis garų nusodinimas (CVD)
Šiuo metu CVD technologija yra pagrindinė SiC dangų ant pagrindo paviršių paruošimo technologija. Pagrindinis procesas apima fizikocheminių reakcijų seriją tarp dujinių reagentų ir pagrindo paviršiaus, kurios galiausiai lemia SiC dangos nusodinimą. CVD technologijos būdu pagamintos SiC dangos tvirtai sukimba su pagrindo paviršiumi ir gali veiksmingai pagerinti pagrindo medžiagos atsparumą oksidacijai ir abliacijai; tačiau šiam metodui reikia gana ilgo nusodinimo laiko, o reakcijos dujose yra tam tikrų toksiškų komponentų.
SiC dangų tendencijos
SiC dangos daugiausia naudojamos kaip puslaidininkių gamybos eksploatacinės medžiagos, o pagrindiniai eksploatacinių savybių rodikliai yra dangos vienodumas, šiluminio plėtimosi koeficientas ir šilumos laidumas. Nors Kinijoje yra didelė SiC dangų paklausa vidaus rinkoje, ši technologija dar nėra visiškai išvystyta. Užsienyje šioje srityje veikia tik viena JAV įmonė, o jos produktai yra gana brangūs.
Krištolinės valtysyra epitaksinėje gamyboje naudojamos medžiagos, galinčios pakeisti SiC dengtą grafitą, nors rinkos apimtis yra maža. Toliau eina TaC dengtas grafitas, kuris pasižymi geresniu atsparumu cheminei korozijai nei grynas grafitas arba SiC dengtas grafitas, tačiau jis yra pernelyg brangus ir vis dar yra ankstyvosiose vystymosi stadijose. Šiuo metu tokios vietinės įmonės kaipLiufang puslaidininkis, SemicerairVetek puslaidininkisužsiima šios srities moksliniais tyrimais ir plėtra.
Įrašo laikas: 2026 m. gegužės 20 d.