SiC pārklātas grafīta pamatnes parasti izmanto, lai atbalstītu un uzkarsētu monokristālu substrātus metālorganiskās ķīmiskās tvaiku uzklāšanas (MOCVD) iekārtās. SiC pārklātas grafīta pamatnes termiskajai stabilitātei, termiskajai vienmērībai un citiem veiktspējas parametriem ir izšķiroša nozīme epitaksiālā materiāla augšanas kvalitātē, tāpēc tā ir MOCVD iekārtu galvenā sastāvdaļa.
Plākšņu ražošanas procesā uz dažiem plākšņu substrātiem tiek veidoti epitaksiālie slāņi, lai atvieglotu ierīču ražošanu. Tipiskām LED gaismu emitējošām ierīcēm ir jāizveido GaAs epitaksiālie slāņi uz silīcija substrātiem; SiC epitaksiālais slānis tiek audzēts uz vadoša SiC substrāta, lai izveidotu tādas ierīces kā SBD, MOSFET u.c. augstsprieguma, lielas strāvas un citām jaudas lietojumprogrammām; GaN epitaksiālais slānis tiek veidots uz daļēji izolēta SiC substrāta, lai papildus konstruētu HEMT un citas ierīces RF lietojumprogrammām, piemēram, sakariem. Šis process ir neatdalāms no CVD iekārtām.
CVD iekārtās substrātu nevar novietot tieši uz metāla vai vienkārši novietot uz pamatnes epitaksiālai nogulsnēšanai, jo tas ietver gāzes plūsmu (horizontālu, vertikālu), temperatūru, spiedienu, fiksāciju, piesārņotāju izdalīšanos un citus ietekmes faktorus. Tāpēc ir nepieciešama pamatne, un pēc tam substrāts tiek novietots uz diska, un pēc tam epitaksiālā nogulsnēšana tiek veikta uz substrāta, izmantojot CVD tehnoloģiju, un šī pamatne ir SiC pārklāta grafīta pamatne (saukta arī par paplāti).
SiC pārklātas grafīta pamatnes parasti izmanto, lai atbalstītu un uzkarsētu monokristālu substrātus metālorganiskās ķīmiskās tvaiku uzklāšanas (MOCVD) iekārtās. SiC pārklātas grafīta pamatnes termiskajai stabilitātei, termiskajai vienmērībai un citiem veiktspējas parametriem ir izšķiroša nozīme epitaksiālā materiāla augšanas kvalitātē, tāpēc tā ir MOCVD iekārtu galvenā sastāvdaļa.
Metālorganiskā ķīmiskā tvaiku uzklāšana (MOCVD) ir galvenā tehnoloģija GaN plēvju epitaksiālai audzēšanai zilās gaismas diodēs. Tai ir tādas priekšrocības kā vienkārša darbība, kontrolējams augšanas ātrums un augsta GaN plēvju tīrība. Kā svarīgai MOCVD iekārtu reakcijas kameras sastāvdaļai, GaN plēves epitaksiālajai audzēšanai izmantotajai gultņu pamatnei jābūt ar tādām priekšrocībām kā augsta temperatūras izturība, vienmērīga siltumvadītspēja, laba ķīmiskā stabilitāte, spēcīga termiskā trieciena izturība utt. Grafīta materiāls var atbilst iepriekš minētajiem nosacījumiem.
Kā viena no MOCVD iekārtu galvenajām sastāvdaļām, grafīta bāze ir substrāta nesējs un sildelements, kas tieši nosaka plēves materiāla vienmērīgumu un tīrību, tāpēc tās kvalitāte tieši ietekmē epitaksiālās loksnes sagatavošanu, un vienlaikus, palielinoties lietošanas reižu skaitam un mainoties darba apstākļiem, to ir ļoti viegli valkāt, piederot palīgmateriāliem.
Lai gan grafītam ir lieliska siltumvadītspēja un stabilitāte, tam ir labas priekšrocības kā MOCVD iekārtu pamatkomponentam, taču ražošanas procesā grafīts korozē pulveri korozīvu gāzu un metālu organisko savienojumu atlikumu dēļ, un grafīta pamatnes kalpošanas laiks ievērojami samazināsies. Tajā pašā laikā krītošais grafīta pulveris piesārņos mikroshēmu.
Pārklājuma tehnoloģijas parādīšanās var nodrošināt virsmas pulvera fiksāciju, uzlabot siltumvadītspēju un izlīdzināt siltuma sadali, kas ir kļuvusi par galveno tehnoloģiju šīs problēmas risināšanai. Grafīta bāzes pārklājumam MOCVD iekārtu lietošanas vidē jāatbilst šādām īpašībām:
(1) Grafīta pamatni var pilnībā iesaiņot, un blīvums ir labs, pretējā gadījumā grafīta pamatni ir viegli korodēt korozīvā gāzē.
(2) Grafīta pamatnes stiprība ir augsta, lai nodrošinātu, ka pārklājums pēc vairākiem augstas un zemas temperatūras cikliem nav viegli nokrīt.
(3) Tam ir laba ķīmiskā stabilitāte, lai izvairītos no pārklājuma bojājumiem augstā temperatūrā un kodīgā atmosfērā.
SiC priekšrocības ir izturība pret koroziju, augsta siltumvadītspēja, termiskā trieciena izturība un augsta ķīmiskā stabilitāte, un tas var labi darboties GaN epitaksiālajā atmosfērā. Turklāt SiC termiskās izplešanās koeficients ļoti maz atšķiras no grafīta termiskās izplešanās koeficienta, tāpēc SiC ir vēlamais materiāls grafīta bāzes virsmas pārklāšanai.
Pašlaik izplatītākais SiC galvenokārt ir 3C, 4H un 6H tipa, un dažādu kristālu veidu SiC izmantojums atšķiras. Piemēram, no 4H-SiC var ražot lielas jaudas ierīces; no 6H-SiC ir visstabilākais un var ražot fotoelektriskās ierīces; tā līdzīgās struktūras dēļ kā GaN, no 3C-SiC var izgatavot GaN epitaksiālo slāni un ražot SiC-GaN RF ierīces. 3C-SiC ir plaši pazīstams kā β-SiC, un svarīgs β-SiC pielietojums ir kā plēves un pārklājuma materiāls, tāpēc β-SiC pašlaik ir galvenais pārklājuma materiāls.
Silīcija karbīda pārklājuma sagatavošanas metode
Pašlaik SiC pārklājuma sagatavošanas metodes galvenokārt ietver gēla-sol metodi, iestrādāšanas metodi, otas pārklāšanas metodi, plazmas izsmidzināšanas metodi, ķīmiskās gāzes reakcijas metodi (CVR) un ķīmiskās tvaiku uzklāšanas metodi (CVD).
Iegulšanas metode:
Šī metode ir augstas temperatūras cietfāzes sintēzes veids, kurā galvenokārt kā iestrādāšanas pulveri izmanto Si pulvera un C pulvera maisījumu, grafīta matricu ievieto iestrādāšanas pulverī, un augstas temperatūras sintēze tiek veikta inertā gāzē, un visbeidzot uz grafīta matricas virsmas tiek iegūts SiC pārklājums. Process ir vienkāršs, un pārklājuma un substrāta kombinācija ir laba, taču pārklājuma vienmērīgums biezuma virzienā ir slikts, kas var viegli radīt vairāk caurumu un noved pie sliktas oksidācijas izturības.
Otas pārklāšanas metode:
Otas pārklāšanas metode galvenokārt ir šķidrā izejmateriāla uzklāšana uz grafīta matricas virsmas ar otu un pēc tam izejmateriāla sacietēšana noteiktā temperatūrā, lai sagatavotu pārklājumu. Process ir vienkāršs un izmaksas ir zemas, taču ar otu pārklāšanas metodi sagatavotais pārklājums ir vājš kombinācijā ar substrātu, pārklājuma vienmērīgums ir slikts, pārklājums ir plāns un oksidēšanās izturība ir zema, tāpēc ir nepieciešamas citas metodes, lai to atbalstītu.
Plazmas izsmidzināšanas metode:
Plazmas izsmidzināšanas metode galvenokārt ir izkausētu vai daļēji izkusušu izejvielu izsmidzināšana uz grafīta matricas virsmas ar plazmas pistoli, pēc tam sacietēšana un savienošana, veidojot pārklājumu. Metode ir vienkārši lietojama un var sagatavot relatīvi blīvu silīcija karbīda pārklājumu, taču ar šo metodi sagatavotais silīcija karbīda pārklājums bieži vien ir pārāk vājš un rada vāju oksidēšanās izturību, tāpēc to parasti izmanto SiC kompozītmateriālu pārklājuma sagatavošanai, lai uzlabotu pārklājuma kvalitāti.
Gēla-zola metode:
Gela-sola metode galvenokārt ir paredzēta, lai sagatavotu vienmērīgu un caurspīdīgu sola šķīdumu, kas pārklāj matricas virsmu, izžāvē to želejā un pēc tam saķepina, lai iegūtu pārklājumu. Šī metode ir vienkārši lietojama un lēta, taču iegūtajam pārklājumam ir daži trūkumi, piemēram, zema termiskā trieciena izturība un viegla plaisāšana, tāpēc to nevar plaši izmantot.
Ķīmiskā gāzu reakcija (CVR):
CVR galvenokārt ģenerē SiC pārklājumu, izmantojot Si un SiO2 pulveri, lai augstā temperatūrā ģenerētu SiO tvaiku, un uz C materiāla substrāta virsmas notiek virkne ķīmisku reakciju. Ar šo metodi sagatavotais SiC pārklājums ir cieši saistīts ar substrātu, bet reakcijas temperatūra ir augstāka un izmaksas ir lielākas.
Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD):
Pašlaik CVD ir galvenā tehnoloģija SiC pārklājuma sagatavošanai uz substrāta virsmas. Galvenais process ir virkne fizikālu un ķīmisku reakciju starp gāzes fāzes reaģentu un substrāta virsmu, un visbeidzot SiC pārklājums tiek sagatavots, nogulsnējot to uz substrāta virsmas. Ar CVD tehnoloģiju sagatavotais SiC pārklājums ir cieši saistīts ar substrāta virsmu, kas var efektīvi uzlabot substrāta materiāla oksidēšanās izturību un ablācijas izturību, taču šīs metodes nogulsnēšanās laiks ir ilgāks, un reakcijas gāzē ir noteikta toksiska gāze.
SiC pārklājuma grafīta bāzes tirgus situācija
Kad ārvalstu ražotāji sāka agri, viņiem bija nepārprotama vadība un liela tirgus daļa. Starptautiskā mērogā galvenie SiC pārklājuma grafīta bāzes piegādātāji ir Nīderlandes Xycard, Vācijas SGL Carbon (SGL), Japānas Toyo Carbon, Amerikas Savienoto Valstu MEMC un citi uzņēmumi, kas būtībā ieņem starptautisko tirgu. Lai gan Ķīna ir izlauzusies cauri galvenajai SiC pārklājuma vienmērīgas augšanas tehnoloģijai uz grafīta matricas virsmas, augstas kvalitātes grafīta matrica joprojām ir atkarīga no Vācijas SGL, Japānas Toyo Carbon un citiem uzņēmumiem, vietējo uzņēmumu piegādātā grafīta matrica ietekmē kalpošanas laiku siltumvadītspējas, elastības moduļa, stingrības moduļa, režģa defektu un citu kvalitātes problēmu dēļ. MOCVD iekārtas nevar izpildīt SiC pārklājuma grafīta bāzes izmantošanas prasības.
Ķīnas pusvadītāju rūpniecība strauji attīstās, pakāpeniski palielinoties MOCVD epitaksiālo iekārtu lokalizācijas ātrumam un paplašinoties citiem procesu pielietojumiem, paredzams, ka nākotnē SiC pārklātā grafīta bāzes produktu tirgus strauji augs. Saskaņā ar nozares provizoriskajām aplēsēm, grafīta bāzes tirgus iekšzemē tuvāko gadu laikā pārsniegs 500 miljonus juaņu.
SiC pārklāta grafīta bāze ir salikto pusvadītāju industrializācijas iekārtu galvenā sastāvdaļa, un tās ražošanas un izgatavošanas galveno tehnoloģiju apgūšana, kā arī visas izejvielu, procesu un iekārtu nozares ķēdes lokalizācijas realizācija ir stratēģiski ļoti svarīga, lai nodrošinātu Ķīnas pusvadītāju rūpniecības attīstību. Vietējā SiC pārklātas grafīta bāzes joma strauji attīstās, un produktu kvalitāte drīzumā var sasniegt starptautiski progresīvu līmeni.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 24. jūlijs