सेमीकंडक्टर भाग - SiC लेपित ग्रेफाइट बेस

मेटल-ऑरगॅनिक केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (MOCVD) उपकरणांमध्ये सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट्सना आधार देण्यासाठी आणि गरम करण्यासाठी SiC लेपित ग्रेफाइट बेस सामान्यतः वापरले जातात. SiC लेपित ग्रेफाइट बेसची थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता आणि इतर कार्यप्रदर्शन मापदंड एपिटॅक्सियल मटेरियल वाढीच्या गुणवत्तेत निर्णायक भूमिका बजावतात, म्हणून ते MOCVD उपकरणांचा मुख्य घटक आहे.

वेफर उत्पादन प्रक्रियेत, उपकरणांचे उत्पादन सुलभ करण्यासाठी काही वेफर सब्सट्रेट्सवर एपिटॅक्सियल थर तयार केले जातात. सामान्य एलईडी प्रकाश उत्सर्जक उपकरणांना सिलिकॉन सब्सट्रेट्सवर GaAs चे एपिटॅक्सियल थर तयार करावे लागतात; उच्च व्होल्टेज, उच्च प्रवाह आणि इतर पॉवर अनुप्रयोगांसाठी SBD, MOSFET इत्यादी उपकरणांच्या बांधकामासाठी SiC एपिटॅक्सियल थर प्रवाहकीय SiC सब्सट्रेटवर वाढविला जातो; HEMT आणि संप्रेषणासारख्या RF अनुप्रयोगांसाठी इतर उपकरणे तयार करण्यासाठी GaN एपिटॅक्सियल थर अर्ध-इन्सुलेटेड SiC सब्सट्रेटवर तयार केला जातो. ही प्रक्रिया CVD उपकरणांपासून अविभाज्य आहे.

CVD उपकरणांमध्ये, सब्सट्रेट थेट धातूवर ठेवता येत नाही किंवा एपिटॅक्सियल डिपॉझिशनसाठी फक्त बेसवर ठेवता येत नाही, कारण त्यात वायू प्रवाह (क्षैतिज, उभ्या), तापमान, दाब, स्थिरीकरण, प्रदूषकांचे शेडिंग आणि प्रभाव घटकांच्या इतर पैलूंचा समावेश असतो. म्हणून, बेस आवश्यक आहे, आणि नंतर सब्सट्रेट डिस्कवर ठेवला जातो, आणि नंतर CVD तंत्रज्ञानाचा वापर करून सब्सट्रेटवर एपिटॅक्सियल डिपॉझिशन केले जाते आणि हा बेस SiC लेपित ग्रेफाइट बेस (याला ट्रे देखील म्हणतात) आहे.

मेटल-ऑरगॅनिक केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (MOCVD) उपकरणांमध्ये सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट्सना आधार देण्यासाठी आणि गरम करण्यासाठी SiC लेपित ग्रेफाइट बेस सामान्यतः वापरले जातात. SiC लेपित ग्रेफाइट बेसची थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता आणि इतर कार्यप्रदर्शन मापदंड एपिटॅक्सियल मटेरियल वाढीच्या गुणवत्तेत निर्णायक भूमिका बजावतात, म्हणून ते MOCVD उपकरणांचा मुख्य घटक आहे.

निळ्या एलईडीमध्ये GaN फिल्म्सच्या एपिटॅक्सियल वाढीसाठी मेटल-ऑरगॅनिक केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (MOCVD) हे मुख्य प्रवाहातील तंत्रज्ञान आहे. त्याचे साधे ऑपरेशन, नियंत्रित वाढ दर आणि GaN फिल्म्सची उच्च शुद्धता हे फायदे आहेत. MOCVD उपकरणांच्या रिअॅक्शन चेंबरमध्ये एक महत्त्वाचा घटक म्हणून, GaN फिल्म एपिटॅक्सियल वाढीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या बेअरिंग बेसमध्ये उच्च तापमान प्रतिरोध, एकसमान थर्मल चालकता, चांगली रासायनिक स्थिरता, मजबूत थर्मल शॉक प्रतिरोध इत्यादी फायदे असणे आवश्यक आहे. ग्रेफाइट मटेरियल वरील अटी पूर्ण करू शकते.

MOCVD उपकरणांच्या मुख्य घटकांपैकी एक म्हणून, ग्रेफाइट बेस हा सब्सट्रेटचा वाहक आणि गरम करणारा भाग आहे, जो फिल्म मटेरियलची एकरूपता आणि शुद्धता थेट ठरवतो, म्हणून त्याची गुणवत्ता एपिटॅक्सियल शीटच्या तयारीवर थेट परिणाम करते आणि त्याच वेळी, वापराच्या संख्येत वाढ आणि कामाच्या परिस्थितीत बदल झाल्यामुळे, ते घालणे खूप सोपे आहे, जे उपभोग्य वस्तूंशी संबंधित आहे.

जरी ग्रेफाइटमध्ये उत्कृष्ट थर्मल चालकता आणि स्थिरता आहे, परंतु MOCVD उपकरणांचा बेस घटक म्हणून त्याचा चांगला फायदा आहे, परंतु उत्पादन प्रक्रियेत, ग्रेफाइट संक्षारक वायू आणि धातूच्या सेंद्रिय पदार्थांच्या अवशेषांमुळे पावडरला गंजवेल आणि ग्रेफाइट बेसचे सेवा आयुष्य खूप कमी होईल. त्याच वेळी, पडणाऱ्या ग्रेफाइट पावडरमुळे चिपमध्ये प्रदूषण होईल.

कोटिंग तंत्रज्ञानाचा उदय पृष्ठभाग पावडर फिक्सेशन प्रदान करू शकतो, थर्मल चालकता वाढवू शकतो आणि उष्णता वितरण समान करू शकतो, जे या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी मुख्य तंत्रज्ञान बनले आहे. MOCVD उपकरणांच्या वापराच्या वातावरणात ग्रेफाइट बेस, ग्रेफाइट बेस पृष्ठभाग कोटिंग खालील वैशिष्ट्ये पूर्ण केली पाहिजेत:

(१) ग्रेफाइट बेस पूर्णपणे गुंडाळता येतो आणि त्याची घनता चांगली असते, अन्यथा ग्रेफाइट बेस संक्षारक वायूमध्ये सहजपणे गंजतो.

(२) ग्रेफाइट बेससह संयोजनाची ताकद जास्त असते जेणेकरून उच्च तापमान आणि कमी तापमानाच्या अनेक चक्रांनंतर कोटिंग सहजपणे पडणार नाही.

(३) उच्च तापमान आणि संक्षारक वातावरणात कोटिंग बिघाड टाळण्यासाठी त्यात चांगली रासायनिक स्थिरता आहे.

SiC मध्ये गंज प्रतिरोधकता, उच्च थर्मल चालकता, थर्मल शॉक प्रतिरोधकता आणि उच्च रासायनिक स्थिरता हे फायदे आहेत आणि ते GaN एपिटॅक्सियल वातावरणात चांगले काम करू शकते. याव्यतिरिक्त, SiC चा थर्मल विस्तार गुणांक ग्रेफाइटपेक्षा खूपच कमी वेगळा आहे, म्हणून ग्रेफाइट बेसच्या पृष्ठभागाच्या कोटिंगसाठी SiC ही पसंतीची सामग्री आहे.

सध्या, सामान्य SiC प्रामुख्याने 3C, 4H आणि 6H प्रकारचा आहे आणि वेगवेगळ्या क्रिस्टल प्रकारांचे SiC वापर वेगवेगळे आहेत. उदाहरणार्थ, 4H-SiC उच्च-शक्तीची उपकरणे तयार करू शकते; 6H-SiC सर्वात स्थिर आहे आणि फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणे तयार करू शकते; GaN सारखीच रचना असल्यामुळे, 3C-SiC चा वापर GaN एपिटॅक्सियल लेयर तयार करण्यासाठी आणि SiC-GaN RF उपकरणे तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. 3C-SiC ला सामान्यतः β-SiC असेही म्हणतात आणि β-SiC चा एक महत्त्वाचा वापर फिल्म आणि कोटिंग मटेरियल म्हणून केला जातो, म्हणून β-SiC सध्या कोटिंगसाठी मुख्य मटेरियल आहे.

सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तयार करण्याची पद्धत

सध्या, SiC कोटिंगच्या तयारी पद्धतींमध्ये प्रामुख्याने जेल-सोल पद्धत, एम्बेडिंग पद्धत, ब्रश कोटिंग पद्धत, प्लाझ्मा फवारणी पद्धत, रासायनिक वायू अभिक्रिया पद्धत (CVR) आणि रासायनिक वाष्प निक्षेपण पद्धत (CVD) यांचा समावेश आहे.

एम्बेडिंग पद्धत:

ही पद्धत एक प्रकारची उच्च तापमान सॉलिड फेज सिंटरिंग आहे, ज्यामध्ये प्रामुख्याने Si पावडर आणि C पावडरचे मिश्रण एम्बेडिंग पावडर म्हणून वापरले जाते, ग्रेफाइट मॅट्रिक्स एम्बेडिंग पावडरमध्ये ठेवले जाते आणि उच्च तापमान सिंटरिंग निष्क्रिय वायूमध्ये केले जाते आणि शेवटी SiC कोटिंग ग्रेफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर मिळते. ही प्रक्रिया सोपी आहे आणि कोटिंग आणि सब्सट्रेटमधील संयोजन चांगले आहे, परंतु जाडीच्या दिशेने कोटिंगची एकरूपता खराब आहे, ज्यामुळे अधिक छिद्रे निर्माण करणे सोपे आहे आणि ऑक्सिडेशन प्रतिरोध कमी होतो.

ब्रश कोटिंग पद्धत:

ब्रश कोटिंग पद्धत प्रामुख्याने ग्रेफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावरील द्रव कच्च्या मालाला ब्रश करणे आणि नंतर कोटिंग तयार करण्यासाठी विशिष्ट तापमानाला कच्च्या मालाला बरे करणे आहे. ही प्रक्रिया सोपी आहे आणि खर्च कमी आहे, परंतु ब्रश कोटिंग पद्धतीने तयार केलेले कोटिंग सब्सट्रेटच्या संयोजनात कमकुवत आहे, कोटिंगची एकरूपता कमी आहे, कोटिंग पातळ आहे आणि ऑक्सिडेशन प्रतिरोध कमी आहे आणि त्याला मदत करण्यासाठी इतर पद्धती आवश्यक आहेत.

प्लाझ्मा फवारणी पद्धत:

प्लाझ्मा फवारणी पद्धत म्हणजे प्रामुख्याने प्लाझ्मा गनने ग्रेफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर वितळलेले किंवा अर्ध-वितळलेले कच्चे माल फवारणे आणि नंतर घट्ट करणे आणि कोटिंग तयार करणे. ही पद्धत वापरण्यास सोपी आहे आणि तुलनेने दाट सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तयार करू शकते, परंतु या पद्धतीने तयार केलेले सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग बहुतेकदा खूप कमकुवत असते आणि कमकुवत ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकतेकडे नेते, म्हणून कोटिंगची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी ते सामान्यतः SiC कंपोझिट कोटिंग तयार करण्यासाठी वापरले जाते.

जेल-सोल पद्धत:

जेल-सोल पद्धत प्रामुख्याने मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर एकसमान आणि पारदर्शक सोल्यूशन तयार करणे, जेलमध्ये वाळवणे आणि नंतर कोटिंग मिळविण्यासाठी सिंटरिंग करणे आहे. ही पद्धत वापरण्यास सोपी आणि कमी खर्चाची आहे, परंतु उत्पादित कोटिंगमध्ये कमी थर्मल शॉक प्रतिरोध आणि सोपे क्रॅकिंग यासारख्या काही कमतरता आहेत, म्हणून ती मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाऊ शकत नाही.

रासायनिक वायू अभिक्रिया (CVR) :

CVR प्रामुख्याने Si आणि SiO2 पावडर वापरून SiC कोटिंग तयार करते जेणेकरून उच्च तापमानात SiO वाफ निर्माण होते आणि C मटेरियल सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर रासायनिक अभिक्रियांची मालिका घडते. या पद्धतीने तयार केलेले SiC कोटिंग सब्सट्रेटशी जवळून जोडलेले असते, परंतु प्रतिक्रिया तापमान जास्त असते आणि किंमत जास्त असते.

रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD):

सध्या, सब्सट्रेट पृष्ठभागावर SiC कोटिंग तयार करण्यासाठी CVD हे मुख्य तंत्रज्ञान आहे. मुख्य प्रक्रिया म्हणजे सब्सट्रेट पृष्ठभागावर गॅस फेज रिअॅक्टंट मटेरियलच्या भौतिक आणि रासायनिक अभिक्रियांची मालिका, आणि शेवटी SiC कोटिंग सब्सट्रेट पृष्ठभागावर जमा करून तयार केले जाते. CVD तंत्रज्ञानाद्वारे तयार केलेले SiC कोटिंग सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर जवळून जोडलेले असते, जे सब्सट्रेट मटेरियलच्या ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि अवशोषण प्रतिरोधात प्रभावीपणे सुधारणा करू शकते, परंतु या पद्धतीचा जमा होण्याचा वेळ जास्त असतो आणि प्रतिक्रिया वायूमध्ये विशिष्ट विषारी वायू असतो.

SiC लेपित ग्रेफाइट बेसची बाजारातील परिस्थिती

जेव्हा परदेशी उत्पादकांनी लवकर सुरुवात केली तेव्हा त्यांच्याकडे स्पष्ट आघाडी आणि उच्च बाजारपेठेतील वाटा होता. आंतरराष्ट्रीय स्तरावर, SiC कोटेड ग्रेफाइट बेसचे मुख्य पुरवठादार डच Xycard, जर्मनी SGL कार्बन (SGL), जपान टोयो कार्बन, युनायटेड स्टेट्स MEMC आणि इतर कंपन्या आहेत, ज्यांनी मुळात आंतरराष्ट्रीय बाजारपेठ व्यापली आहे. जरी चीनने ग्रेफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर SiC कोटिंगच्या एकसमान वाढीच्या मुख्य तंत्रज्ञानाचा वापर केला असला तरी, उच्च-गुणवत्तेचे ग्रेफाइट मॅट्रिक्स अजूनही जर्मन SGL, जपान टोयो कार्बन आणि इतर उपक्रमांवर अवलंबून आहे, परंतु देशांतर्गत उद्योगांद्वारे प्रदान केलेले ग्रेफाइट मॅट्रिक्स थर्मल चालकता, लवचिक मापांक, कठोर मापांक, जाळी दोष आणि इतर गुणवत्ता समस्यांमुळे सेवा आयुष्यावर परिणाम करते. MOCVD उपकरणे SiC कोटेड ग्रेफाइट बेसच्या वापराच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाहीत.

चीनचा सेमीकंडक्टर उद्योग वेगाने विकसित होत आहे, MOCVD एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या स्थानिकीकरण दरात हळूहळू वाढ आणि इतर प्रक्रिया अनुप्रयोगांच्या विस्तारासह, भविष्यातील SiC लेपित ग्रेफाइट बेस उत्पादन बाजार वेगाने वाढण्याची अपेक्षा आहे. प्राथमिक उद्योग अंदाजानुसार, पुढील काही वर्षांत देशांतर्गत ग्रेफाइट बेस बाजार 500 दशलक्ष युआनपेक्षा जास्त होईल.

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस हा कंपाऊंड सेमीकंडक्टर औद्योगिकीकरण उपकरणांचा मुख्य घटक आहे, त्याच्या उत्पादन आणि उत्पादनाच्या प्रमुख तंत्रज्ञानावर प्रभुत्व मिळवणे आणि संपूर्ण कच्चा माल-प्रक्रिया-उपकरणे उद्योग साखळीचे स्थानिकीकरण साकारणे हे चीनच्या सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या विकासासाठी खूप धोरणात्मक महत्त्व आहे. देशांतर्गत SiC लेपित ग्रेफाइट बेसचे क्षेत्र तेजीत आहे आणि उत्पादनाची गुणवत्ता लवकरच आंतरराष्ट्रीय प्रगत पातळीपर्यंत पोहोचू शकते.