Епитаксијалниот слој е специфичен тенок филм од монокристал кој се одгледува на подлога од плочка преку епитаксијален процес; подлогата и епитаксијалниот филм заедно се нарекуваат епитаксијален плочка. Меѓу нив, одгледувањето на епитаксијален слој од силициум карбид на спроводлива подлога од силициум карбид произведува хомогена епитаксијална плочка од силициум карбид, која понатаму може да се претвори во енергетски уреди како што се Шотки диоди, MOSFET и IGBT. Најшироко користениот тип на подлога е 4H-SiC подлогата.
Бидејќи практично сите уреди се изработени на епитаксијални слоеви, квалитетот на епитаксијалниот слој има значително влијание врз перформансите на уредот. Сепак, квалитетот на епитаксијалниот слој е под влијание на обработката на кристалите и супстратот, што го става во критична фаза во индустријата и игра клучна улога во нејзиниот развој.
Примарните методи за подготовка на епитаксијални слоеви од силициум карбид вклучуваат: таложење со пареа; епитаксија во течна фаза (LPE); молекуларна зрачна епитаксија (MBE); и хемиско таложење со пареа (CVD). Меѓу нив, хемиското таложење со пареа (CVD) е најшироко користениот метод за 4H-SiC хомогена епитаксија. 4H-SiC CVD епитаксијата обично користи CVD опрема, која обезбедува континуитет на кристалната структура на 4H-SiC под високи температури на раст.
Во CVD опремата, подлогата не може да се постави директно на метална површина или едноставно да се постави на основа за епитаксијално депонирање, бидејќи тоа вклучува различни фактори на влијание како што се насоката на проток на гас (хоризонтална, вертикална), температурата, притисокот, фиксацијата и контаминацијата од исфрлање на честички. Затоа, потребна е потпорна основа; подлогата се поставува на послужавник, а потоа епитаксијалното депонирање се врши на подлогата со помош на CVD технологија. Оваа потпорна основа е графитна основа обложена со SiC.
Како основна компонента, графитната подлога се одликува со висока специфична цврстина и специфичен модул, како и добра отпорност на термички шок и корозија. Сепак, за време на производството, графитот е подложен на корозија и разлевање на прав поради корозивни гасови и преостанати органометални соединенија, што значително го намалува животниот век на подлогата. Во исто време, разлеаниот графитен прав може да ги контаминира чиповите. Во производството на епитаксијални плочки од силициум карбид, станува сè потешко да се исполнат сè построгите барања за графитни материјали, што сериозно го ограничува нивниот развој и практична примена. Следствено,технологија на обложувањесе појави како решение.
Предности на SiC премазите во полупроводничката индустрија
Физичките и хемиските својства на премазите мора да ги исполнуваат строгите барања за отпорност на високи температури и корозија, бидејќи тие директно влијаат врз приносот и животниот век на производот. SiC материјалот поседува висока цврстина, висока тврдост, низок коефициент на термичка експанзија и одлична топлинска спроводливост, што го прави критичен високотемпературен структурен и полупроводнички материјал. Кога се нанесува на графитни подлоги, неговите предности вклучуваат:
1) SiC е отпорен на корозија и може целосно да ја обложи графитната подлога. Неговата висока густина спречува оштетување од корозивни гасови.
2) SiC има висока топлинска спроводливост и силна цврстина на сврзување со графитната подлога, осигурувајќи дека облогата останува недопрена дури и по повторени циклуси на високи и ниски температури.
3) SiC поседува одлична хемиска стабилност, спречувајќи дефект на облогата во високотемпературни, корозивни атмосфери.
Понатаму, епитаксијалните печки направени од различни материјали бараат графитни послужавници со специфични спецификации за перформанси. Коефициентот на термичка експанзија на графитниот материјал мора да биде компатибилен со температурата на раст на епитаксијалната печка. На пример, бидејќи температурата на раст за силициум карбидна епитаксија е висока, потребни се послужавници со висок степен на усогласување на коефициентот на термичка експанзија. Коефициентот на термичка експанзија на SiC многу малку се разликува од оној на графитот, што го прави претпочитан материјал за обложување на површината на графитните подлоги.
SiC постои во повеќе кристални форми, а најчести моментално се типовите 3C, 4H и 6H, секој за различни намени. На пример, 4H-SiC се користи за производство на уреди со голема моќност; 6H-SiC е најстабилен и се користи за производство на оптоелектронски уреди; а 3C-SiC, поради неговата структурна сличност со GaN, се користи за производство на GaN епитаксијални слоеви за производство на SiC-GaN RF уреди. 3C-SiC е исто така познат како β-SiC. Клучна примена на β-SiC е како тенок филм и материјал за обложување; следствено, β-SiC моментално е примарен материјал што се користи за обложување.
Како вообичаен потрошен материјал во производството на полупроводници, SiC премазите првенствено се користат во процеси како што се подготовка на подлога, епитаксија, оксидација и дифузија, јонизирачко цедење и имплантација на јони. Физичките и хемиските својства на премазот мора да ги исполнуваат строгите барања за отпорност на високи температури и отпорност на корозија, бидејќи тие директно влијаат на приносот и животниот век на производот. Следствено, подготовката на SiC премази е критична.
Процес за подготовка на силициум карбидни премази
Во моментов, основните методи за подготовка на SiC премази вклучуваат сол-гел метод, метод на вградување, четкасто премачкување, прскање со плазма, хемиска реакција на пареа (CVR) и хемиско таложење на пареа (CVD).
Метод на вградување
Овој метод е еден вид синтерување во цврста состојба на висока температура. Првенствено користи мешавина од силициум (Si) прав и јаглерод (C) прав како вградлив прав. Графитна подлога се става во вградливиот прав и се синтерува на високи температури во атмосфера на инертен гас, на крајот формирајќи SiC слој на површината на графитната подлога. Овој метод се одликува со едноставен процес и добра адхезија помеѓу слојот и подлогата; сепак, слојот покажува слаба униформност по должината на насоката на дебелината и е склонен кон развој на бројни пори, што резултира со слаба отпорност на оксидација.
Метод на премачкување со четка
Методот на премачкување со четка првенствено вклучува нанесување на течна суровина на површината на графитната подлога, по што следува стврднување на материјалот на одредена температура за да се формира премазот. Овој метод е едноставен и економичен; сепак, добиениот премаз покажува слаба адхезија на подлогата, слаба униформност и е релативно тенок со ниска отпорност на оксидација, што бара дополнителни методи.
Метод на прскање со плазма
Методот на прскање со плазма вклучува користење на плазма пиштол за прскање на стопена или полустопена суровина врз површината на графитната подлога, која потоа се стврднува и се врзува за да формира облога. Овој метод е едноставен за работа и може да произведе релативно густи силициум-карбидни премази; сепак, добиените премази често се премногу тенки, што доведува до слаба отпорност на оксидација. Затоа, генерално се користи при подготовка на SiC композитни премази за подобрување на квалитетот на премазот.
Метод на гел-сол
Методот гел-сол првенствено вклучува подготовка на униформен, транспарентен раствор на сол за премачкување на површината на подлогата. По сушењето во гел, материјалот се синтерува за да се формира премазот. Овој метод е едноставен за користење и релативно ефтин; сепак, добиените премази страдаат од недостатоци како што се ниска отпорност на термички шок и тенденција за пукање, што ја ограничува нивната широка примена.
Метод на хемиска реакција на пареа (CVR)
CVR првенствено користи Si и SiO₂ прашоци за генерирање на SiO₂ пареа на високи температури, предизвикувајќи серија хемиски реакции на површината на Si подлогата за да се формира SiC облога. SiC облогата произведена со овој метод цврсто се врзува за подлогата; сепак, температурата на реакцијата е висока, а цената е исто така релативно висока.
Хемиско таложење на пареа (CVD)
CVD е моментално примарна технологија за подготовка на SiC премази на површини на подлогата. Главниот процес вклучува серија физичко-хемиски реакции помеѓу гасовити реактанти и површината на подлогата, што на крајот резултира со таложење на SiC премаз. SiC премазите произведени со CVD технологијата цврсто се врзуваат за површината на подлогата и можат ефикасно да ја подобрат отпорноста на оксидација и отпорноста на аблација на материјалот на подлогата; сепак, овој метод бара релативно долго време на таложење, а реакционите гасови содржат одредени токсични компоненти.
Трендови во SiC премазите
SiC премазите првенствено се користат како потрошен материјал во производството на полупроводници, а клучните метрики за перформанси вклучуваат униформност на премазите, коефициент на топлинска експанзија и топлинска спроводливост. Иако постои значителна домашна побарувачка за SiC премази во Кина, технологијата сè уште е незрела. Во странство, само една американска компанија работи во оваа област, а нејзините производи се релативно скапи.
Кристални чамцисе потрошни материјали што се користат во епитаксијалното производство што можат да го заменат графитот обложен со SiC, иако обемот на пазарот е мал. Следен е графитот обложен со TaC, кој нуди подобра отпорност на хемиска корозија од голиот графит или графитот обложен со SiC, но е претерано скап и сè уште е во рана фаза на развој. Во моментов, домашните компании како што сеЛиуфанг полупроводник, Семицера, иВетек Полупроводниксе занимаваат со истражување и развој во оваа област.
Време на објавување: 20 мај 2026