सेमीकंडक्टर भाग – एसआयसी (SiC) लेपित ग्रॅफाइट बेस

मेटल-ऑरगॅनिक केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (MOCVD) उपकरणांमध्ये सिंगल क्रिस्टल सबस्ट्रेट्सना आधार देण्यासाठी आणि गरम करण्यासाठी सामान्यतः SiC लेपित ग्रॅफाइट बेसचा वापर केला जातो. SiC लेपित ग्रॅफाइट बेसची औष्णिक स्थिरता, औष्णिक एकसमानता आणि इतर कार्यप्रदर्शन पॅरामीटर्स एपिटॅक्सियल मटेरियलच्या वाढीच्या गुणवत्तेत निर्णायक भूमिका बजावतात, त्यामुळे तो MOCVD उपकरणाचा एक मुख्य घटक आहे.

वेफर निर्मितीच्या प्रक्रियेत, उपकरणांची निर्मिती सुलभ करण्यासाठी काही वेफर सबस्ट्रेट्सवर एपिटॅक्सियल थर तयार केले जातात. सामान्य एलईडी प्रकाश-उत्सर्जक उपकरणांसाठी सिलिकॉन सबस्ट्रेट्सवर GaAs चे एपिटॅक्सियल थर तयार करणे आवश्यक असते; उच्च व्होल्टेज, उच्च करंट आणि इतर पॉवर ॲप्लिकेशन्ससाठी SBD, MOSFET इत्यादी उपकरणांच्या निर्मितीकरिता प्रवाहकीय SiC सबस्ट्रेटवर SiC एपिटॅक्सियल थर वाढवला जातो; कम्युनिकेशनसारख्या RF ॲप्लिकेशन्ससाठी HEMT आणि इतर उपकरणे तयार करण्याकरिता अर्ध-विद्युतरोधक SiC सबस्ट्रेटवर GaN एपिटॅक्सियल थर तयार केला जातो. ही प्रक्रिया CVD उपकरणांपासून अविभाज्य आहे.

सीव्हीडी उपकरणामध्ये, एपिटॅक्सियल डिपॉझिशनसाठी सबस्ट्रेट थेट धातूवर किंवा फक्त बेसवर ठेवता येत नाही, कारण त्यात वायूचा प्रवाह (आडवा, उभा), तापमान, दाब, स्थिरीकरण, प्रदूषकांचे उत्सर्जन आणि इतर प्रभाव घटकांचा समावेश असतो. त्यामुळे, एका बेसची आवश्यकता असते, आणि मग सबस्ट्रेट डिस्कवर ठेवला जातो, आणि त्यानंतर सीव्हीडी तंत्रज्ञानाचा वापर करून सबस्ट्रेटवर एपिटॅक्सियल डिपॉझिशन केले जाते, आणि हा बेस म्हणजे एसआयसी (SiC) लेपित ग्रॅफाइट बेस (ज्याला ट्रे असेही म्हणतात) असतो.

मेटल-ऑरगॅनिक केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (MOCVD) उपकरणांमध्ये सिंगल क्रिस्टल सबस्ट्रेट्सना आधार देण्यासाठी आणि गरम करण्यासाठी सामान्यतः SiC लेपित ग्रॅफाइट बेसचा वापर केला जातो. SiC लेपित ग्रॅफाइट बेसची औष्णिक स्थिरता, औष्णिक एकसमानता आणि इतर कार्यप्रदर्शन पॅरामीटर्स एपिटॅक्सियल मटेरियलच्या वाढीच्या गुणवत्तेत निर्णायक भूमिका बजावतात, त्यामुळे तो MOCVD उपकरणाचा एक मुख्य घटक आहे.

मेटल-ऑरगॅनिक केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (MOCVD) हे निळ्या LED मध्ये GaN फिल्म्सच्या एपिटॅक्सियल वाढीसाठीचे मुख्य तंत्रज्ञान आहे. याचे फायदे म्हणजे सोपी कार्यपद्धती, नियंत्रित वाढीचा दर आणि GaN फिल्म्सची उच्च शुद्धता. MOCVD उपकरणाच्या रिॲक्शन चेंबरमधील एक महत्त्वाचा घटक म्हणून, GaN फिल्मच्या एपिटॅक्सियल वाढीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या बेअरिंग बेसमध्ये उच्च तापमान प्रतिरोध, एकसमान औष्णिक वाहकता, चांगली रासायनिक स्थिरता, तीव्र औष्णिक धक्का प्रतिरोध इत्यादी गुणधर्म असणे आवश्यक आहे. ग्रॅफाइट मटेरियल वरील अटींची पूर्तता करू शकते.

MOCVD उपकरणाच्या मुख्य घटकांपैकी एक म्हणून, ग्रॅफाइट बेस हा सबस्ट्रेटचा वाहक आणि तापवणारा भाग आहे, जो थेट फिल्म मटेरियलची एकसमानता आणि शुद्धता ठरवतो, त्यामुळे त्याची गुणवत्ता एपिटॅक्सियल शीटच्या निर्मितीवर थेट परिणाम करते, आणि त्याच वेळी, वापराची संख्या वाढल्याने आणि कामाच्या परिस्थितीत बदल झाल्याने, तो खूप लवकर झिजतो, आणि तो उपभोग्य वस्तूंच्या श्रेणीत येतो.

जरी ग्रॅफाइटमध्ये उत्कृष्ट औष्णिक वाहकता आणि स्थिरता असली तरी, MOCVD उपकरणांचा आधारभूत घटक म्हणून त्याचा चांगला फायदा आहे, परंतु उत्पादन प्रक्रियेत, क्षरणकारी वायू आणि धातूंच्या सेंद्रिय पदार्थांच्या अवशेषांमुळे ग्रॅफाइट पावडरचे क्षरण होते आणि त्यामुळे ग्रॅफाइट बेसचे सेवा आयुष्य मोठ्या प्रमाणात कमी होते. त्याच वेळी, खाली पडणाऱ्या ग्रॅफाइट पावडरमुळे चिप्सचे प्रदूषण होते.

कोटिंग तंत्रज्ञानाच्या उदयानंतर पृष्ठभागावरील पावडरचे स्थिरीकरण, औष्णिक वाहकतेत वाढ आणि उष्णतेचे समान वितरण शक्य झाले आहे, जे या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी मुख्य तंत्रज्ञान बनले आहे. MOCVD उपकरणाच्या वापर वातावरणात, ग्रॅफाइट बेस पृष्ठभागाच्या कोटिंगमध्ये खालील वैशिष्ट्ये असणे आवश्यक आहे:

(1) ग्रॅफाइट बेस पूर्णपणे वेढलेला असू शकतो आणि त्याची घनता चांगली आहे, अन्यथा संक्षारक वायूमध्ये ग्रॅफाइट बेस सहज गंजतो.

(2) ग्राफाइट बेससह संयोजनाची ताकद जास्त आहे जेणेकरून अनेक उच्च तापमान आणि कमी तापमान चक्रानंतरही कोटिंग सहजपणे निघून जाणार नाही.

(3) उच्च तापमान आणि क्षरणकारी वातावरणात लेप खराब होऊ नये यासाठी यात चांगली रासायनिक स्थिरता असते.

SiC मध्ये क्षरण प्रतिरोध, उच्च औष्णिक वाहकता, औष्णिक धक्क्याला प्रतिकार आणि उच्च रासायनिक स्थिरता हे फायदे आहेत, आणि ते GaN एपिटॅक्सियल वातावरणात उत्तम प्रकारे कार्य करू शकते. याव्यतिरिक्त, SiC चा औष्णिक प्रसरण गुणांक ग्रॅफाइटपेक्षा खूपच कमी वेगळा असतो, त्यामुळे ग्रॅफाइट बेसच्या पृष्ठभागावरील लेपनासाठी SiC हे एक पसंतीचे साहित्य आहे.

सध्या, सामान्य SiC प्रामुख्याने 3C, 4H आणि 6H प्रकारचे आहे, आणि वेगवेगळ्या क्रिस्टल प्रकारांनुसार SiC चे उपयोग वेगवेगळे आहेत. उदाहरणार्थ, 4H-SiC वापरून उच्च-शक्तीची उपकरणे बनवता येतात; 6H-SiC सर्वात स्थिर असून त्यापासून फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणे बनवता येतात; GaN शी समान रचना असल्यामुळे, 3C-SiC चा उपयोग GaN एपिटॅक्सियल थर तयार करण्यासाठी आणि SiC-GaN RF उपकरणे बनवण्यासाठी केला जाऊ शकतो. 3C-SiC ला सामान्यतः β-SiC म्हणूनही ओळखले जाते, आणि β-SiC चा एक महत्त्वाचा उपयोग फिल्म आणि कोटिंग मटेरियल म्हणून होतो, त्यामुळे सध्या कोटिंगसाठी β-SiC हे मुख्य मटेरियल आहे.

सिलिकॉन कार्बाइड लेप तयार करण्याची पद्धत

सध्या, SiC कोटिंग तयार करण्याच्या पद्धतींमध्ये प्रामुख्याने जेल-सोल पद्धत, एम्बेडिंग पद्धत, ब्रश कोटिंग पद्धत, प्लाझ्मा स्प्रेइंग पद्धत, रासायनिक वायू प्रतिक्रिया पद्धत (CVR) आणि रासायनिक बाष्प निक्षेपण पद्धत (CVD) यांचा समावेश होतो.

एम्बेडिंग पद्धत:

ही पद्धत एक प्रकारची उच्च तापमान घन प्रावस्था सिंटरिंग आहे, ज्यामध्ये प्रामुख्याने Si पावडर आणि C पावडरचे मिश्रण एम्बेडिंग पावडर म्हणून वापरले जाते. ग्रॅफाइट मॅट्रिक्सला या एम्बेडिंग पावडरमध्ये ठेवले जाते आणि निष्क्रिय वायूमध्ये उच्च तापमान सिंटरिंग केले जाते, आणि शेवटी ग्रॅफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर SiC कोटिंग मिळवले जाते. ही प्रक्रिया सोपी आहे आणि कोटिंग व सब्सट्रेटमधील संयोग चांगला असतो, परंतु जाडीच्या दिशेने कोटिंगची एकसमानता कमी असते, ज्यामुळे जास्त छिद्रे पडण्याची शक्यता असते आणि ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकता कमी होते.

ब्रश कोटिंग पद्धत:

ब्रश कोटिंग पद्धतीमध्ये प्रामुख्याने ग्राफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर द्रव कच्चा माल ब्रशने लावला जातो आणि नंतर कोटिंग तयार करण्यासाठी कच्च्या मालाला एका विशिष्ट तापमानावर क्युअर केले जाते. ही प्रक्रिया सोपी आणि खर्चिक आहे, परंतु ब्रश कोटिंग पद्धतीने तयार केलेले कोटिंग सब्सट्रेटसोबत कमकुवतपणे एकत्र येते, कोटिंगची एकसमानता खराब असते, कोटिंग पातळ असते आणि ऑक्सिडेशन प्रतिरोध कमी असतो, त्यामुळे याला मदत करण्यासाठी इतर पद्धतींची आवश्यकता असते.

प्लाझ्मा फवारणी पद्धत:

प्लाझ्मा स्प्रेइंग पद्धतीमध्ये प्रामुख्याने प्लाझ्मा गनच्या साहाय्याने वितळलेला किंवा अर्ध-वितळलेला कच्चा माल ग्रॅफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर फवारला जातो आणि नंतर तो घट्ट होऊन एकसंध होतो, ज्यामुळे एक लेप तयार होतो. ही पद्धत वापरण्यास सोपी असून तिच्याद्वारे तुलनेने दाट सिलिकॉन कार्बाइडचा लेप तयार करता येतो, परंतु या पद्धतीने तयार केलेला सिलिकॉन कार्बाइडचा लेप अनेकदा खूप कमकुवत असतो, ज्यामुळे त्याची ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकता कमी होते. म्हणून, लेपाची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी सामान्यतः एसआयसी (SiC) कंपोझिट कोटिंग तयार करण्याकरिता याचा वापर केला जातो.

जेल-सोल पद्धत:

जेल-सोल पद्धतीमध्ये प्रामुख्याने मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागाला आच्छादणारे एकसमान आणि पारदर्शक सोल द्रावण तयार केले जाते, ते वाळवून जेलमध्ये रूपांतरित केले जाते आणि नंतर लेप मिळवण्यासाठी त्याचे सिंटरिंग केले जाते. ही पद्धत वापरण्यास सोपी आणि कमी खर्चाची आहे, परंतु तयार झालेल्या लेपामध्ये कमी औष्णिक धक्का प्रतिरोध आणि सहज तडे जाणे यांसारख्या काही कमतरता आहेत, त्यामुळे तिचा व्यापकपणे वापर केला जाऊ शकत नाही.

रासायनिक वायू अभिक्रिया (CVR) :

CVR मध्ये, प्रामुख्याने Si आणि SiO2 पावडर वापरून उच्च तापमानावर SiO वाफ तयार केली जाते आणि C मटेरियल सबस्ट्रेटच्या पृष्ठभागावर रासायनिक अभिक्रियांची एक मालिका घडते, ज्यामुळे SiC कोटिंग तयार होते. या पद्धतीने तयार केलेले SiC कोटिंग सबस्ट्रेटला घट्टपणे चिकटते, परंतु अभिक्रियेचे तापमान जास्त असते आणि खर्चही जास्त येतो.

रासायनिक बाष्प निक्षेपण (सीव्हीडी) :

सध्या, सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर SiC कोटिंग तयार करण्यासाठी CVD हे मुख्य तंत्रज्ञान आहे. यातील मुख्य प्रक्रिया म्हणजे सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर वायू अवस्थेतील अभिकारक पदार्थांच्या भौतिक आणि रासायनिक अभिक्रियांची एक मालिका घडवणे, आणि शेवटी सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर निक्षेपणाद्वारे SiC कोटिंग तयार केले जाते. CVD तंत्रज्ञानाने तयार केलेले SiC कोटिंग सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागाशी घट्टपणे जोडले जाते, ज्यामुळे सब्सट्रेट पदार्थाचा ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि क्षरण प्रतिरोध प्रभावीपणे सुधारता येतो, परंतु या पद्धतीमध्ये निक्षेपणासाठी लागणारा वेळ जास्त असतो आणि अभिक्रियेच्या वायूमध्ये काही प्रमाणात विषारी वायू असतो.

एसआयसी लेपित ग्राफाईट बेसची बाजारातील परिस्थिती

जेव्हा परदेशी उत्पादकांनी लवकर सुरुवात केली, तेव्हा त्यांच्याकडे स्पष्ट आघाडी आणि मोठा बाजारहिस्सा होता. आंतरराष्ट्रीय स्तरावर, SiC कोटेड ग्राफाइट बेसचे मुख्य पुरवठादार डच Xycard, जर्मनी SGL कार्बन (SGL), जपान टोयो कार्बन, युनायटेड स्टेट्स MEMC आणि इतर कंपन्या आहेत, ज्यांनी मूलतः आंतरराष्ट्रीय बाजारपेठ व्यापली आहे. जरी चीनने ग्राफाइट मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर SiC कोटिंगच्या एकसमान वाढीचे मुख्य तंत्रज्ञान विकसित केले असले तरी, उच्च-गुणवत्तेचा ग्राफाइट मॅट्रिक्स अजूनही जर्मन SGL, जपान टोयो कार्बन आणि इतर उद्योगांवर अवलंबून आहे. देशांतर्गत उद्योगांद्वारे पुरवल्या जाणाऱ्या ग्राफाइट मॅट्रिक्समुळे औष्णिक वाहकता, लवचिक मापांक, दृढ मापांक, जाळीतील दोष आणि इतर गुणवत्तेच्या समस्यांमुळे त्याच्या सेवा आयुष्यावर परिणाम होतो. MOCVD उपकरणे SiC कोटेड ग्राफाइट बेसच्या वापराच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाहीत.

चीनचा सेमीकंडक्टर उद्योग वेगाने विकसित होत आहे. MOCVD एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या स्वदेशीकरणाच्या दरात हळूहळू वाढ आणि इतर प्रक्रिया अनुप्रयोगांच्या विस्तारामुळे, भविष्यात SiC लेपित ग्राफाइट आधारित उत्पादनांच्या बाजारपेठेत वेगाने वाढ होण्याची अपेक्षा आहे. प्राथमिक औद्योगिक अंदाजानुसार, देशांतर्गत ग्राफाइट आधारित बाजारपेठ पुढील काही वर्षांत ५० कोटी युआनचा टप्पा ओलांडेल.

एसआयसी (SiC) कोटेड ग्राफाइट बेस हा संयुक्त सेमीकंडक्टर औद्योगिकीकरण उपकरणांचा मुख्य घटक आहे. त्याच्या उत्पादन आणि निर्मितीच्या प्रमुख तंत्रज्ञानावर प्रभुत्व मिळवणे आणि संपूर्ण कच्चा माल-प्रक्रिया-उपकरणे उद्योग साखळीचे स्थानिकीकरण करणे, हे चीनच्या सेमीकंडक्टर उद्योगाचा विकास सुनिश्चित करण्यासाठी अत्यंत मोलाचे धोरणात्मक महत्त्व आहे. देशांतर्गत एसआयसी (SiC) कोटेड ग्राफाइट बेसचे क्षेत्र तेजीत आहे आणि उत्पादनाची गुणवत्ता लवकरच आंतरराष्ट्रीय प्रगत स्तरावर पोहोचू शकते.