एपिटॅक्सियल थर म्हणजे एपिटॅक्सियल प्रक्रियेद्वारे वेफर सबस्ट्रेटवर वाढवलेला एक विशिष्ट एकल-स्फटिक पातळ थर होय; सबस्ट्रेट वेफर आणि एपिटॅक्सियल थर यांना एकत्रितपणे एपिटॅक्सियल वेफर म्हटले जाते. यापैकी, प्रवाहकीय सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेटवर सिलिकॉन कार्बाइडचा एपिटॅक्सियल थर वाढवल्याने एकसंध सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल वेफर तयार होते, ज्यापासून पुढे शोटकी डायोड, मॉसफेट आणि आयजीबीटी यांसारखी ऊर्जा उपकरणे तयार केली जाऊ शकतात. सर्वात जास्त वापरला जाणारा सबस्ट्रेटचा प्रकार 4H-SiC सबस्ट्रेट आहे.
जवळजवळ सर्व उपकरणे एपिटॅक्सियल थरांवर तयार केली जात असल्यामुळे, एपिटॅक्सियल थराच्या गुणवत्तेचा उपकरणाच्या कार्यक्षमतेवर महत्त्वपूर्ण परिणाम होतो. तथापि, एपिटॅक्सियल थराची गुणवत्ता क्रिस्टल आणि सबस्ट्रेट प्रक्रियेवर अवलंबून असल्यामुळे, ती उद्योगात एका निर्णायक टप्प्यावर आहे आणि त्याच्या विकासात एक महत्त्वाची भूमिका बजावते.
सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल थर तयार करण्याच्या प्रमुख पद्धतींमध्ये यांचा समावेश होतो: बाष्प निक्षेपण (vapor deposition); द्रव प्रावस्था एपिटॅक्सी (liquid phase epitaxy - LPE); आण्विक किरण एपिटॅक्सी (molecular beam epitaxy - MBE); आणि रासायनिक बाष्प निक्षेपण (chemical vapor deposition - CVD). यांपैकी, 4H-SiC च्या एकसमान एपिटॅक्सीसाठी रासायनिक बाष्प निक्षेपण (CVD) ही सर्वात जास्त वापरली जाणारी पद्धत आहे. 4H-SiC CVD एपिटॅक्सीमध्ये सामान्यतः CVD उपकरणांचा वापर केला जातो, ज्यामुळे उच्च वाढीच्या तापमानातही 4H-SiC च्या स्फटिक संरचनेची अखंडता सुनिश्चित होते.
सीव्हीडी उपकरणांमध्ये, एपिटॅक्सियल डिपॉझिशनसाठी सबस्ट्रेट थेट धातूच्या पृष्ठभागावर किंवा केवळ बेसवर ठेवता येत नाही, कारण यामध्ये वायू प्रवाहाची दिशा (आडवी, उभी), तापमान, दाब, स्थिरीकरण आणि गळणाऱ्या कणांमुळे होणारे प्रदूषण यांसारखे विविध घटक प्रभावित होतात. त्यामुळे, एका सपोर्ट बेसची आवश्यकता असते; सबस्ट्रेट एका ट्रेवर ठेवला जातो आणि त्यानंतर सीव्हीडी तंत्रज्ञानाचा वापर करून सबस्ट्रेटवर एपिटॅक्सियल डिपॉझिशन केले जाते. हा सपोर्ट बेस एसआयसी-कोटेड ग्रॅफाइट बेस असतो.
एक मुख्य घटक म्हणून, ग्रॅफाइट सबस्ट्रेटमध्ये उच्च विशिष्ट शक्ती आणि विशिष्ट मॉड्युलस, तसेच चांगला थर्मल शॉक आणि क्षरण प्रतिरोध असतो. तथापि, उत्पादनादरम्यान, क्षरणकारी वायू आणि अवशिष्ट ऑर्गनोमेटॅलिक संयुगांमुळे ग्रॅफाइटचे क्षरण होते आणि पावडर गळते, ज्यामुळे सबस्ट्रेटचे सेवा आयुष्य लक्षणीयरीत्या कमी होते. त्याच वेळी, गळलेली ग्रॅफाइट पावडर चिप्सना दूषित करू शकते. सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या उत्पादनात, ग्रॅफाइट सामग्रीसाठीच्या सतत कठोर होत जाणाऱ्या आवश्यकता पूर्ण करणे अधिकाधिक कठीण झाले आहे, ज्यामुळे त्यांचा विकास आणि व्यावहारिक उपयोग गंभीरपणे मर्यादित झाला आहे. परिणामी,कोटिंग तंत्रज्ञानएक उपाय म्हणून समोर आला आहे.
सेमीकंडक्टर उद्योगात एसआयसी (SiC) कोटिंगचे फायदे
कोटिंग्जचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म उच्च तापमान आणि क्षरण प्रतिरोधकतेच्या कठोर आवश्यकता पूर्ण करणारे असले पाहिजेत, कारण याचा थेट परिणाम उत्पादनाच्या उत्पन्नावर आणि आयुर्मानावर होतो. SiC मटेरियलमध्ये उच्च सामर्थ्य, उच्च कठीणता, कमी औष्णिक प्रसरण गुणांक आणि उत्कृष्ट औष्णिक वाहकता असते, ज्यामुळे ते एक महत्त्वपूर्ण उच्च-तापमान संरचनात्मक आणि सेमीकंडक्टर मटेरियल बनते. जेव्हा ते ग्रॅफाइट सब्सट्रेटवर लावले जाते, तेव्हा त्याचे फायदे खालीलप्रमाणे आहेत:
१) एसआयसी (SiC) क्षरण-प्रतिरोधक असून ते ग्रॅफाइट सब्सट्रेटला पूर्णपणे वेढू शकते. त्याची उच्च घनता क्षरणकारी वायूंमुळे होणारे नुकसान टाळते.
२) SiC मध्ये उच्च औष्णिक वाहकता आणि ग्राफाइट सब्सट्रेटसोबत मजबूत बंधन शक्ती असते, ज्यामुळे वारंवार उच्च-कमी तापमानाच्या चक्रानंतरही कोटिंग शाबूत राहते.
३) एसआयसी (SiC) मध्ये उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता असते, ज्यामुळे उच्च तापमान आणि क्षरणकारक वातावरणात कोटिंग खराब होण्यास प्रतिबंध होतो.
शिवाय, वेगवेगळ्या पदार्थांपासून बनवलेल्या एपिटॅक्सियल भट्ट्यांना विशिष्ट कार्यप्रदर्शन वैशिष्ट्ये असलेल्या ग्रॅफाइट ट्रेची आवश्यकता असते. ग्रॅफाइट पदार्थाचा औष्णिक प्रसरण गुणांक एपिटॅक्सियल भट्टीच्या वाढीच्या तापमानाशी सुसंगत असणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सीसाठी वाढीचे तापमान जास्त असल्याने, औष्णिक प्रसरण गुणांकाशी उच्च प्रमाणात जुळणारे ट्रे आवश्यक असतात. SiC चा औष्णिक प्रसरण गुणांक ग्रॅफाइटपेक्षा खूपच कमी वेगळा असतो, ज्यामुळे ग्रॅफाइट सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर लेप देण्यासाठी तो एक पसंतीचा पदार्थ ठरतो.
SiC अनेक स्फटिक स्वरूपांमध्ये अस्तित्वात असते, ज्यापैकी सध्या 3C, 4H आणि 6H हे सर्वात सामान्य प्रकार आहेत, आणि प्रत्येकाचा उपयोग वेगवेगळ्या अनुप्रयोगांसाठी होतो. उदाहरणार्थ, 4H-SiC चा उपयोग उच्च-शक्तीची उपकरणे तयार करण्यासाठी केला जातो; 6H-SiC सर्वात स्थिर असून त्याचा उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे तयार करण्यासाठी केला जातो; आणि 3C-SiC, GaN शी असलेल्या त्याच्या संरचनात्मक साम्यामुळे, SiC-GaN RF उपकरणांच्या निर्मितीसाठी GaN एपिटॅक्सियल थर तयार करण्याकरिता वापरले जाते. 3C-SiC ला सामान्यतः β-SiC असेही म्हटले जाते. β-SiC चा एक प्रमुख उपयोग पातळ-थर आणि लेपन सामग्री म्हणून होतो; परिणामी, β-SiC ही सध्या लेपनासाठी वापरली जाणारी प्रमुख सामग्री आहे.
सेमीकंडक्टर उत्पादनातील एक सामान्य उपभोग्य वस्तू म्हणून, SiC कोटिंग्जचा वापर प्रामुख्याने सबस्ट्रेटची तयारी, एपिटॅक्सी, ऑक्सिडेशन आणि डिफ्यूजन, एचिंग आणि आयन इम्प्लांटेशन यांसारख्या प्रक्रियांमध्ये केला जातो. कोटिंगच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांनी उच्च-तापमान प्रतिरोध आणि गंज-प्रतिरोधासाठीच्या कठोर आवश्यकता पूर्ण केल्या पाहिजेत, कारण याचा थेट परिणाम उत्पादनाच्या उत्पन्नावर आणि आयुर्मानावर होतो. परिणामी, SiC कोटिंग्जची तयारी अत्यंत महत्त्वाची आहे.
सिलिकॉन कार्बाइड लेप तयार करण्याची प्रक्रिया
सध्या, SiC कोटिंग तयार करण्याच्या प्रमुख पद्धतींमध्ये सोल-जेल पद्धत, एम्बेडिंग पद्धत, ब्रश कोटिंग, प्लाझ्मा स्प्रेइंग, केमिकल व्हेपर रिॲक्शन (CVR) आणि केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (CVD) यांचा समावेश आहे.
एम्बेडिंग पद्धत
ही पद्धत उच्च-तापमान सॉलिड-स्टेट सिंटरिंगचा एक प्रकार आहे. यामध्ये प्रामुख्याने एम्बेडिंग पावडर म्हणून सिलिकॉन (Si) पावडर आणि कार्बन (C) पावडर यांचे मिश्रण वापरले जाते. एक ग्रॅफाइट सबस्ट्रेट एम्बेडिंग पावडरमध्ये ठेवला जातो आणि निष्क्रिय वायूच्या वातावरणात उच्च तापमानावर सिंटर केला जातो, ज्यामुळे अखेरीस ग्रॅफाइट सबस्ट्रेटच्या पृष्ठभागावर SiC कोटिंग तयार होते. या पद्धतीची वैशिष्ट्ये म्हणजे सोपी प्रक्रिया आणि कोटिंग व सबस्ट्रेटमधील चांगले आसंजन; तथापि, कोटिंगमध्ये जाडीच्या दिशेने एकसमानता कमी असते आणि त्यात असंख्य छिद्रे निर्माण होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे ऑक्सिडेशनला प्रतिकार करण्याची क्षमता कमी होते.
ब्रश कोटिंग पद्धत
ब्रश कोटिंग पद्धतीमध्ये प्रामुख्याने ग्राफाइट सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर द्रव कच्चा माल लावला जातो आणि त्यानंतर कोटिंग तयार करण्यासाठी विशिष्ट तापमानावर त्या पदार्थाला क्युअर केले जाते. ही पद्धत सोपी आणि किफायतशीर आहे; तथापि, परिणामी तयार होणारे कोटिंग सब्सट्रेटला कमकुवत चिकटते, त्यात एकसमानता नसते, ते तुलनेने पातळ असते आणि त्याची ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकता कमी असते, ज्यामुळे पूरक पद्धतींची आवश्यकता भासते.
प्लाझ्मा फवारणी पद्धत
प्लाझ्मा स्प्रेइंग पद्धतीमध्ये, प्लाझ्मा गन वापरून वितळलेला किंवा अर्ध-वितळलेला कच्चा माल ग्रॅफाइट सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर फवारला जातो, जो नंतर घट्ट होऊन एकत्र येऊन एक थर तयार करतो. ही पद्धत वापरण्यास सोपी आहे आणि तिच्याद्वारे तुलनेने दाट सिलिकॉन कार्बाइडचे थर तयार करता येतात; तथापि, तयार झालेले थर अनेकदा खूप पातळ असतात, ज्यामुळे ऑक्सिडेशनला प्रतिकार करण्याची क्षमता कमी होते. म्हणून, कोटिंगची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी SiC कंपोझिट कोटिंग्स तयार करताना सामान्यतः याचा वापर केला जातो.
जेल-सोल पद्धत
जेल-सोल पद्धतीमध्ये प्रामुख्याने सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर लेप देण्यासाठी एकसमान, पारदर्शक सोल द्रावण तयार केले जाते. जेलमध्ये रूपांतरित होऊन सुकल्यानंतर, लेप तयार करण्यासाठी या पदार्थाचे सिंटरिंग केले जाते. ही पद्धत वापरण्यास सोपी आणि तुलनेने कमी खर्चाची आहे; तथापि, यातून तयार होणाऱ्या लेपांमध्ये कमी औष्णिक धक्का प्रतिरोध आणि तडे जाण्याची प्रवृत्ती यांसारखे दोष आढळतात, ज्यामुळे त्यांचा व्यापक वापर मर्यादित होतो.
रासायनिक बाष्प प्रतिक्रिया (CVR) पद्धत
CVR मध्ये प्रामुख्याने Si आणि SiO₂ पावडरचा वापर करून उच्च तापमानावर SiO₂ बाष्प तयार केले जाते, ज्यामुळे Si सबस्ट्रेटच्या पृष्ठभागावर रासायनिक अभिक्रियांची मालिका सुरू होऊन SiC कोटिंग तयार होते. या पद्धतीने तयार झालेले SiC कोटिंग सबस्ट्रेटला घट्टपणे चिकटते; तथापि, अभिक्रियेचे तापमान जास्त असते आणि खर्चही तुलनेने जास्त असतो.
रासायनिक बाष्प निक्षेपण (सीव्हीडी)
सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर SiC लेप तयार करण्यासाठी सध्या CVD हे प्रमुख तंत्रज्ञान आहे. या मुख्य प्रक्रियेमध्ये वायूजन्य अभिकारके आणि सब्सट्रेटचा पृष्ठभाग यांच्यात भौतिक-रासायनिक अभिक्रियांची एक मालिका घडते, ज्यामुळे अखेरीस SiC लेपाचे निक्षेपण होते. CVD तंत्रज्ञानाने तयार केलेले SiC लेप सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागाला घट्टपणे चिकटतात आणि सब्सट्रेट पदार्थाचा ऑक्सिडेशन प्रतिरोध व ॲब्लेशन प्रतिरोध प्रभावीपणे सुधारू शकतात; तथापि, या पद्धतीसाठी निक्षेपणाकरिता तुलनेने जास्त वेळ लागतो आणि अभिक्रियेतील वायूंमध्ये काही विषारी घटक असतात.
एसआयसी कोटिंग्समधील ट्रेंड्स
एसआयसी (SiC) कोटिंग्जचा वापर प्रामुख्याने सेमीकंडक्टर उत्पादनात उपभोग्य वस्तू म्हणून केला जातो, आणि कोटिंगची एकसमानता, औष्णिक प्रसरणांक आणि औष्णिक वाहकता हे त्याचे प्रमुख कार्यप्रदर्शन मापदंड आहेत. चीनमध्ये एसआयसी कोटिंग्जला मोठी देशांतर्गत मागणी असली तरी, हे तंत्रज्ञान अजूनही अपरिपक्व आहे. परदेशात, या क्षेत्रात केवळ एकच अमेरिकन कंपनी कार्यरत आहे आणि तिची उत्पादने तुलनेने महाग आहेत.
क्रिस्टल बोटीएपिटॅक्सियल उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या उपभोग्य वस्तू आहेत ज्या SiC-लेपित ग्रॅफाइटची जागा घेऊ शकतात, जरी बाजारातील प्रमाण कमी असले तरी. यानंतर TaC-लेपित ग्रॅफाइट आहे, जे साध्या ग्रॅफाइट किंवा SiC-लेपित ग्रॅफाइटपेक्षा अधिक चांगला रासायनिक गंज प्रतिरोध देते, परंतु ते अत्यंत महाग आहे आणि अजूनही विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात आहे. सध्या, देशांतर्गत कंपन्या जसे कीलिउफांग सेमीकंडक्टर, सेमिसेराआणिवेटेक सेमीकंडक्टरया क्षेत्रात संशोधन आणि विकास कार्यात गुंतलेले आहेत.
पोस्ट करण्याची वेळ: २० मे २०२६