SiC бүрсэн бал чулуун суурийг металл-органик химийн ууршуулах (MOCVD) тоног төхөөрөмжийн дан талст субстратыг дэмжих, халаахад түгээмэл ашигладаг. SiC бүрсэн бал чулуун суурийн дулааны тогтвортой байдал, дулааны жигд байдал болон бусад гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүд нь эпитаксиаль материалын өсөлтийн чанарт шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг тул MOCVD тоног төхөөрөмжийн гол гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм.
Вафер үйлдвэрлэх явцад төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд хялбар болгохын тулд зарим ваферийн суурь дээр эпитаксиаль давхаргыг нэмж бүтээдэг. Ердийн LED гэрэл ялгаруулдаг төхөөрөмжүүд нь цахиурын суурь дээр GaAs-ийн эпитаксиаль давхаргыг бэлтгэх шаардлагатай байдаг; SiC эпитаксиаль давхаргыг өндөр хүчдэл, өндөр гүйдэл болон бусад чадлын хэрэглээнд зориулж SBD, MOSFET гэх мэт төхөөрөмжийг барихад зориулж дамжуулагч SiC суурь дээр ургадаг; GaN эпитаксиаль давхаргыг хагас дулаалгатай SiC суурь дээр барьж, HEMT болон харилцаа холбоо зэрэг RF хэрэглээнд зориулсан бусад төхөөрөмжийг цаашид бүтээдэг. Энэ үйл явц нь CVD тоног төхөөрөмжөөс салшгүй юм.
CVD тоног төхөөрөмжид суурь материалыг металл дээр шууд байрлуулах эсвэл эпитаксиаль тунадасжуулалтын суурь дээр зүгээр л байрлуулж болохгүй, учир нь энэ нь хийн урсгал (хэвтээ, босоо), температур, даралт, бэхэлгээ, бохирдуулагчийг гадагшлуулах болон нөлөөллийн хүчин зүйлсийн бусад талуудыг хамардаг. Тиймээс суурь шаардлагатай бөгөөд дараа нь суурь материалыг дискэн дээр байрлуулж, дараа нь CVD технологийг ашиглан суурь дээр эпитаксиаль тунадасжуулалтыг хийдэг бөгөөд энэ суурь нь SiC бүрсэн бал чулуун суурь (мөн тавиур гэж нэрлэдэг) юм.
SiC бүрсэн бал чулуун суурийг металл-органик химийн ууршуулах (MOCVD) тоног төхөөрөмжийн дан талст субстратыг дэмжих, халаахад түгээмэл ашигладаг. SiC бүрсэн бал чулуун суурийн дулааны тогтвортой байдал, дулааны жигд байдал болон бусад гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүд нь эпитаксиаль материалын өсөлтийн чанарт шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг тул MOCVD тоног төхөөрөмжийн гол гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм.
Металл-органик химийн ууршуулах (MOCVD) нь цэнхэр LED дээрх GaN хальсны эпитаксиаль ургалтын гол технологи юм. Энэ нь энгийн ажиллагаа, хяналттай өсөлтийн хурд, GaN хальсны өндөр цэвэршилт зэрэг давуу талуудтай. MOCVD тоног төхөөрөмжийн урвалын камерт чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох GaN хальсны эпитаксиаль ургалтад ашигладаг холхивчийн суурь нь өндөр температурт тэсвэртэй, жигд дулаан дамжуулалт, сайн химийн тогтвортой байдал, хүчтэй дулааны цохилтод тэсвэртэй гэх мэт давуу талуудтай байх шаардлагатай. Графит материал нь дээрх нөхцлийг хангаж чадна.
MOCVD тоног төхөөрөмжийн гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг болох бал чулуун суурь нь суурь материалын тээвэрлэгч ба халаалтын бие бөгөөд хальсан материалын жигд байдал, цэвэр байдлыг шууд тодорхойлдог тул түүний чанар нь эпитаксиаль хуудсыг бэлтгэхэд шууд нөлөөлдөг бөгөөд үүний зэрэгцээ хэрэглээний тоо нэмэгдэж, ажлын нөхцөл өөрчлөгдөхийн хэрээр элэгдэхэд маш хялбар байдаг.
Бал чулуу нь маш сайн дулаан дамжуулалт, тогтвортой байдалтай боловч MOCVD тоног төхөөрөмжийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох давуу талтай боловч үйлдвэрлэлийн процесст бал чулуу нь идэмхий хий болон металл органик бодисын үлдэгдэлээс болж нунтагыг зэврүүлж, бал чулуун суурийн ашиглалтын хугацаа эрс багасна. Үүний зэрэгцээ, бал чулуун нунтаг унах нь чипийг бохирдуулах болно.
Бүрэх технологийн гарч ирснээр гадаргуугийн нунтаг бэхэлгээг хангаж, дулаан дамжуулалтыг сайжруулж, дулааны тархалтыг тэнцвэржүүлж, энэ асуудлыг шийдвэрлэх гол технологи болсон. MOCVD тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын орчинд графит суурьтай тул графит суурьтай гадаргуугийн бүрээс нь дараах шинж чанаруудыг хангасан байх ёстой.
(1) Бал чулуун суурийг бүрэн ороож болох бөгөөд нягтрал нь сайн, эс тэгвээс бал чулуун суурь нь идэмхий хийд амархан зэврэх боломжтой.
(2) Хэд хэдэн өндөр температур болон нам температурын мөчлөгийн дараа бүрхүүл амархан унахгүй байхын тулд бал чулуун суурьтай хослуулсан бат бэх нь өндөр байдаг.
(3) Өндөр температур болон идэмхий агаар мандалд бүрхүүлийн эвдрэлээс зайлсхийхийн тулд химийн сайн тогтвортой байдалтай.
SiC нь зэврэлтэнд тэсвэртэй, өндөр дулаан дамжуулалттай, дулааны цохилтод тэсвэртэй, химийн өндөр тогтвортой байдал зэрэг давуу талуудтай бөгөөд GaN эпитаксиаль агаар мандалд сайн ажиллах боломжтой. Үүнээс гадна, SiC-ийн дулааны тэлэлтийн коэффициент нь бал чулууныхаас маш бага ялгаатай тул SiC нь бал чулуун суурийн гадаргууг бүрэх хамгийн тохиромжтой материал юм.
Одоогийн байдлаар түгээмэл хэрэглэгддэг SiC нь голчлон 3C, 4H, 6H төрөл бөгөөд янз бүрийн болор төрлүүдийн SiC хэрэглээ өөр өөр байдаг. Жишээлбэл, 4H-SiC нь өндөр хүчин чадалтай төхөөрөмж үйлдвэрлэх боломжтой; 6H-SiC нь хамгийн тогтвортой бөгөөд фотоэлектрик төхөөрөмж үйлдвэрлэх боломжтой; GaN-тэй төстэй бүтэцтэй тул 3C-SiC нь GaN эпитаксиал давхарга үүсгэх, SiC-GaN RF төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд ашиглагдаж болно. 3C-SiC нь мөн β-SiC гэгддэг бөгөөд β-SiC-ийн чухал хэрэглээ нь хальс болон бүрэх материал болох тул β-SiC нь одоогоор бүрэх гол материал болж байна.
Цахиурын карбидын бүрээс бэлтгэх арга
Одоогийн байдлаар SiC бүрэлтийг бэлтгэх аргуудад голчлон гель-золь арга, оруулах арга, сойзоор бүрэх арга, плазмын шүрших арга, химийн хийн урвалын арга (CVR) болон химийн ууршуулах арга (CVD) орно.
Оруулах арга:
Энэ арга нь өндөр температурт хатуу фазын хайлуулах нэг төрөл бөгөөд голчлон Si нунтаг болон C нунтаг холимогийг суулгацын нунтаг болгон ашигладаг бөгөөд бал чулуун матрицыг суулгацын нунтагт байрлуулж, өндөр температурт хайлуулах ажлыг инертийн хийнд хийж, эцэст нь бал чулуун матрицын гадаргуу дээр SiC бүрхүүлийг гаргаж авдаг. Энэ үйл явц нь энгийн бөгөөд бүрхүүл болон суурь хоёрын хослол сайн боловч зузаан чиглэлийн дагуу бүрхүүлийн жигд байдал муу тул илүү олон нүх гаргах, исэлдэлтийн эсэргүүцэл муудахад хүргэдэг.
Сойзоор бүрэх арга:
Сойзоор бүрэх арга нь голчлон шингэн түүхий эдийг бал чулуун матрицын гадаргуу дээр сойзоор түрхэж, дараа нь түүхий эдийг тодорхой температурт хатааж, бүрээсийг бэлтгэх явдал юм. Үйл явц нь энгийн бөгөөд өртөг багатай боловч сойзоор бүрэх аргаар бэлтгэсэн бүрээс нь суурьтай хамт сул, бүрээсийн жигд байдал муу, бүрээс нь нимгэн, исэлдэлтийн эсэргүүцэл бага байдаг тул үүнийг дэмжих бусад аргууд шаардлагатай.
Плазмын шүрших арга:
Плазмын шүрших арга нь голчлон хайлсан эсвэл хагас хайлсан түүхий эдийг графит матрицын гадаргуу дээр плазмын буугаар шүршиж, дараа нь хатууруулж, наалдуулан бүрхүүл үүсгэх явдал юм. Энэ арга нь ажиллахад хялбар бөгөөд харьцангуй нягт цахиурын карбидын бүрхүүл бэлтгэх боломжтой боловч аргаар бэлтгэсэн цахиурын карбидын бүрхүүл нь ихэвчлэн хэт сул бөгөөд исэлдэлтийн эсэргүүцэл сул байдаг тул бүрхүүлийн чанарыг сайжруулахын тулд ерөнхийдөө SiC нийлмэл бүрхүүл бэлтгэхэд ашигладаг.
Гель-золь арга:
Гель-золь арга нь голчлон матрицын гадаргууг бүрхсэн жигд, тунгалаг золь уусмал бэлтгэж, гель болгон хатааж, дараа нь бүрхүүл авахын тулд шатаах явдал юм. Энэ арга нь ажиллахад хялбар бөгөөд өртөг багатай боловч үйлдвэрлэсэн бүрхүүл нь дулааны цочролд тэсвэртэй байдал багатай, амархан хагарах зэрэг зарим дутагдалтай талуудтай тул өргөн ашиглах боломжгүй юм.
Химийн хийн урвал (CVR):
CVR нь голчлон Si болон SiO2 нунтаг ашиглан өндөр температурт SiO уур үүсгэх замаар SiC бүрхүүл үүсгэдэг бөгөөд C материалын суурь гадаргуу дээр цуврал химийн урвал явагддаг. Энэ аргаар бэлтгэсэн SiC бүрхүүл нь суурьтай нягт холбоотой боловч урвалын температур өндөр, өртөг өндөр байдаг.
Химийн ууршилтын тунадасжилт (ХУТТ):
Одоогийн байдлаар CVD нь суурь гадаргуу дээр SiC бүрхүүл бэлтгэх гол технологи юм. Гол үйл явц нь суурь гадаргуу дээр хийн фазын урвалжийн материалын физик болон химийн урвалын цуврал бөгөөд эцэст нь SiC бүрхүүлийг суурь гадаргуу дээр тунадасжуулах замаар бэлтгэдэг. CVD технологиор бэлтгэсэн SiC бүрхүүл нь суурь гадаргуутай нягт холбогддог бөгөөд энэ нь суурь материалын исэлдэлтийн эсэргүүцэл болон абляцийн эсэргүүцлийг үр дүнтэй сайжруулж чаддаг боловч энэ аргын тунадасжих хугацаа урт бөгөөд урвалын хий нь тодорхой хортой хий агуулдаг.
SiC бүрсэн бал чулуун суурийн зах зээлийн байдал
Гадаадын үйлдвэрлэгчид эрт эхлэхдээ тодорхой тэргүүлэгч, зах зээлийн өндөр хувийг эзэлж байсан. Олон улсын хэмжээнд SiC бүрсэн бал чулуун суурь нийлүүлэгчдийн гол нийлүүлэгчид нь Голландын Xycard, Германы SGL Carbon (SGL), Японы Toyo Carbon, АНУ-ын MEMC болон бусад компаниуд бөгөөд эдгээр нь олон улсын зах зээлийг эзэлдэг. Хятад улс бал чулуун матрицын гадаргуу дээр SiC бүрээсийг жигд ургуулах гол цөм технологийг эвдэж чадсан ч өндөр чанартай бал чулуун матриц нь Германы SGL, Японы Toyo Carbon болон бусад аж ахуйн нэгжүүдэд тулгуурладаг хэвээр байгаа бөгөөд дотоодын аж ахуйн нэгжүүдийн нийлүүлдэг бал чулуун матриц нь дулаан дамжуулалт, уян хатан модуль, хатуу модуль, торны согог болон бусад чанарын асуудлаас болж үйлчилгээний хугацаанд нөлөөлдөг. MOCVD тоног төхөөрөмж нь SiC бүрсэн бал чулуун суурь ашиглах шаардлагыг хангаж чадахгүй байна.
Хятадын хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл хурдацтай хөгжиж байгаа бөгөөд MOCVD эпитаксиал тоног төхөөрөмжийн байршлын түвшин аажмаар нэмэгдэж, бусад процессын хэрэглээ өргөжиж байгаатай холбогдуулан ирээдүйн SiC бүрсэн бал чулуун суурь бүтээгдэхүүний зах зээл хурдацтай өсөх төлөвтэй байна. Салбарын урьдчилсан тооцоогоор, дараагийн хэдэн жилд дотоодын бал чулуун суурь зах зээл 500 сая юаниас давна.
SiC бүрсэн бал чулуун суурь нь нийлмэл хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд үйлдвэрлэл, үйлдвэрлэлийн гол цөм технологийг эзэмшиж, түүхий эд, процесс, тоног төхөөрөмжийн салбарын бүхэл бүтэн сүлжээг нутагшуулах нь Хятадын хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хөгжлийг баталгаажуулахад стратегийн чухал ач холбогдолтой юм. Дотоодын SiC бүрсэн бал чулуун суурь үйлдвэрлэл эрчимтэй хөгжиж байгаа бөгөөд бүтээгдэхүүний чанар удахгүй олон улсын дэвшилтэт түвшинд хүрэх боломжтой.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 7-р сарын 24