Asas grafit bersalut SiC biasanya digunakan untuk menyokong dan memanaskan substrat hablur tunggal dalam peralatan pemendapan wap kimia logam-organik (MOCVD). Kestabilan terma, keseragaman terma dan parameter prestasi lain bagi asas grafit bersalut SiC memainkan peranan penting dalam kualiti pertumbuhan bahan epitaksi, jadi ia merupakan komponen utama teras peralatan MOCVD.
Dalam proses pembuatan wafer, lapisan epitaksi dibina selanjutnya pada beberapa substrat wafer untuk memudahkan pembuatan peranti. Peranti pemancar cahaya LED yang biasa perlu menyediakan lapisan epitaksi GaAs pada substrat silikon; Lapisan epitaksi SiC ditanam pada substrat SiC konduktif untuk pembinaan peranti seperti SBD, MOSFET, dsb., untuk voltan tinggi, arus tinggi dan aplikasi kuasa lain; Lapisan epitaksi GaN dibina pada substrat SiC separa bertebat untuk membina selanjutnya HEMT dan peranti lain untuk aplikasi RF seperti komunikasi. Proses ini tidak dapat dipisahkan daripada peralatan CVD.
Dalam peralatan CVD, substrat tidak boleh diletakkan terus pada logam atau hanya diletakkan pada tapak untuk pemendapan epitaksi, kerana ia melibatkan aliran gas (mendatar, menegak), suhu, tekanan, penetapan, penumpahan bahan pencemar dan aspek lain yang mempengaruhi faktor tersebut. Oleh itu, tapak diperlukan, dan kemudian substrat diletakkan pada cakera, dan kemudian pemendapan epitaksi dijalankan pada substrat menggunakan teknologi CVD, dan tapak ini ialah tapak grafit bersalut SiC (juga dikenali sebagai dulang).
Asas grafit bersalut SiC biasanya digunakan untuk menyokong dan memanaskan substrat hablur tunggal dalam peralatan pemendapan wap kimia logam-organik (MOCVD). Kestabilan terma, keseragaman terma dan parameter prestasi lain bagi asas grafit bersalut SiC memainkan peranan penting dalam kualiti pertumbuhan bahan epitaksi, jadi ia merupakan komponen utama teras peralatan MOCVD.
Pemendapan wap kimia logam-organik (MOCVD) merupakan teknologi arus perdana untuk pertumbuhan epitaksi filem GaN dalam LED biru. Ia mempunyai kelebihan operasi mudah, kadar pertumbuhan terkawal dan ketulenan filem GaN yang tinggi. Sebagai komponen penting dalam ruang tindak balas peralatan MOCVD, tapak galas yang digunakan untuk pertumbuhan epitaksi filem GaN perlu mempunyai kelebihan rintangan suhu tinggi, kekonduksian terma seragam, kestabilan kimia yang baik, rintangan kejutan terma yang kuat, dan sebagainya. Bahan grafit boleh memenuhi syarat-syarat di atas.
Sebagai salah satu komponen teras peralatan MOCVD, asas grafit ialah badan pembawa dan pemanasan substrat, yang secara langsung menentukan keseragaman dan ketulenan bahan filem, jadi kualitinya secara langsung mempengaruhi penyediaan lembaran epitaksi, dan pada masa yang sama, dengan peningkatan bilangan kegunaan dan perubahan keadaan kerja, ia sangat mudah dipakai, tergolong dalam bahan habis pakai.
Walaupun grafit mempunyai kekonduksian dan kestabilan terma yang sangat baik, ia mempunyai kelebihan yang baik sebagai komponen asas peralatan MOCVD, tetapi dalam proses pengeluaran, grafit akan menghakis serbuk disebabkan oleh sisa gas menghakis dan organik logam, dan jangka hayat asas grafit akan berkurangan dengan ketara. Pada masa yang sama, serbuk grafit yang jatuh akan menyebabkan pencemaran pada cip.
Kemunculan teknologi salutan dapat memberikan penetapan serbuk permukaan, meningkatkan kekonduksian terma, dan menyamakan pengagihan haba, yang telah menjadi teknologi utama untuk menyelesaikan masalah ini. Asas grafit dalam persekitaran penggunaan peralatan MOCVD, salutan permukaan asas grafit harus memenuhi ciri-ciri berikut:
(1) Tapak grafit boleh dibalut sepenuhnya, dan ketumpatannya baik, jika tidak, tapak grafit mudah berkarat dalam gas menghakis.
(2) Kekuatan gabungan dengan asas grafit adalah tinggi untuk memastikan salutan tidak mudah tertanggal selepas beberapa kitaran suhu tinggi dan suhu rendah.
(3) Ia mempunyai kestabilan kimia yang baik untuk mengelakkan kegagalan salutan dalam suhu tinggi dan atmosfera menghakis.
SiC mempunyai kelebihan rintangan kakisan, kekonduksian terma yang tinggi, rintangan kejutan terma dan kestabilan kimia yang tinggi, dan boleh berfungsi dengan baik dalam atmosfera epitaksi GaN. Di samping itu, pekali pengembangan terma SiC sangat sedikit berbeza daripada grafit, jadi SiC adalah bahan pilihan untuk salutan permukaan asas grafit.
Pada masa ini, SiC biasa kebanyakannya jenis 3C, 4H dan 6H, dan penggunaan SiC bagi jenis kristal yang berbeza adalah berbeza. Contohnya, 4H-SiC boleh mengeluarkan peranti berkuasa tinggi; 6H-SiC adalah yang paling stabil dan boleh mengeluarkan peranti fotoelektrik; Disebabkan strukturnya yang serupa dengan GaN, 3C-SiC boleh digunakan untuk menghasilkan lapisan epitaksi GaN dan mengeluarkan peranti RF SiC-GaN. 3C-SiC juga dikenali sebagai β-SiC, dan kegunaan penting β-SiC adalah sebagai bahan filem dan salutan, jadi β-SiC kini merupakan bahan utama untuk salutan.
Kaedah untuk menyediakan salutan silikon karbida
Pada masa ini, kaedah penyediaan salutan SiC terutamanya merangkumi kaedah gel-sol, kaedah pembenaman, kaedah salutan berus, kaedah penyemburan plasma, kaedah tindak balas gas kimia (CVR) dan kaedah pemendapan wap kimia (CVD).
Kaedah pembenaman:
Kaedah ini merupakan sejenis sintering fasa pepejal suhu tinggi, yang terutamanya menggunakan campuran serbuk Si dan serbuk C sebagai serbuk penyemat, matriks grafit diletakkan di dalam serbuk penyemat, dan sintering suhu tinggi dijalankan dalam gas lengai, dan akhirnya salutan SiC diperolehi pada permukaan matriks grafit. Prosesnya mudah dan gabungan antara salutan dan substrat adalah baik, tetapi keseragaman salutan sepanjang arah ketebalan adalah lemah, yang mudah menghasilkan lebih banyak lubang dan menyebabkan rintangan pengoksidaan yang lemah.
Kaedah salutan berus:
Kaedah salutan berus terutamanya adalah dengan menyikat bahan mentah cecair pada permukaan matriks grafit, dan kemudian menyembuhkan bahan mentah pada suhu tertentu untuk menyediakan salutan. Prosesnya mudah dan kosnya rendah, tetapi salutan yang disediakan dengan kaedah salutan berus lemah dalam kombinasi dengan substrat, keseragaman salutannya lemah, salutannya nipis dan rintangan pengoksidaan rendah, dan kaedah lain diperlukan untuk membantunya.
Kaedah penyemburan plasma:
Kaedah penyemburan plasma terutamanya menyembur bahan mentah cair atau separa cair pada permukaan matriks grafit dengan pistol plasma, dan kemudian memejal dan mengikat untuk membentuk salutan. Kaedah ini mudah dikendalikan dan boleh menyediakan salutan silikon karbida yang agak padat, tetapi salutan silikon karbida yang disediakan oleh kaedah ini selalunya terlalu lemah dan membawa kepada rintangan pengoksidaan yang lemah, jadi ia biasanya digunakan untuk penyediaan salutan komposit SiC untuk meningkatkan kualiti salutan.
Kaedah gel-sol:
Kaedah gel-sol terutamanya adalah untuk menyediakan larutan sol yang seragam dan lutsinar yang menutupi permukaan matriks, mengeringkannya menjadi gel dan kemudian mensintering untuk mendapatkan salutan. Kaedah ini mudah dikendalikan dan berkos rendah, tetapi salutan yang dihasilkan mempunyai beberapa kekurangan seperti rintangan kejutan haba yang rendah dan mudah retak, jadi ia tidak boleh digunakan secara meluas.
Tindak Balas Gas Kimia (CVR):
CVR terutamanya menghasilkan salutan SiC dengan menggunakan serbuk Si dan SiO2 untuk menghasilkan wap SiO pada suhu tinggi, dan satu siri tindak balas kimia berlaku pada permukaan substrat bahan C. Salutan SiC yang disediakan melalui kaedah ini terikat rapat dengan substrat, tetapi suhu tindak balas lebih tinggi dan kosnya lebih tinggi.
Pemendapan Wap Kimia (CVD):
Pada masa ini, CVD merupakan teknologi utama untuk menyediakan salutan SiC pada permukaan substrat. Proses utamanya ialah satu siri tindak balas fizikal dan kimia bahan tindak balas fasa gas pada permukaan substrat, dan akhirnya salutan SiC disediakan melalui pemendapan pada permukaan substrat. Salutan SiC yang disediakan melalui teknologi CVD terikat rapat pada permukaan substrat, yang boleh meningkatkan rintangan pengoksidaan dan rintangan ablatif bahan substrat dengan berkesan, tetapi masa pemendapan kaedah ini lebih lama, dan gas tindak balas mempunyai gas toksik tertentu.
Keadaan pasaran asas grafit bersalut SiC
Apabila pengeluar asing bermula lebih awal, mereka mempunyai pendahuluan yang jelas dan bahagian pasaran yang tinggi. Di peringkat antarabangsa, pembekal utama asas grafit bersalut SiC ialah Xycard Belanda, Jerman SGL Carbon (SGL), Jepun Toyo Carbon, Amerika Syarikat MEMC dan syarikat-syarikat lain, yang pada asasnya menduduki pasaran antarabangsa. Walaupun China telah menembusi teknologi teras utama pertumbuhan seragam salutan SiC pada permukaan matriks grafit, matriks grafit berkualiti tinggi masih bergantung pada SGL Jerman, Jepun Toyo Carbon dan perusahaan lain, matriks grafit yang disediakan oleh perusahaan domestik mempengaruhi hayat perkhidmatan disebabkan oleh kekonduksian terma, modulus anjal, modulus tegar, kecacatan kekisi dan masalah kualiti lain. Peralatan MOCVD tidak dapat memenuhi keperluan penggunaan asas grafit bersalut SiC.
Industri semikonduktor China sedang membangun dengan pesat, dengan peningkatan secara beransur-ansur kadar penyetempatan peralatan epitaksi MOCVD, dan pengembangan aplikasi proses lain, pasaran produk asas grafit bersalut SiC masa depan dijangka berkembang pesat. Menurut anggaran awal industri, pasaran asas grafit domestik akan melebihi 500 juta yuan dalam beberapa tahun akan datang.
Asas grafit bersalut SiC merupakan komponen teras peralatan perindustrian semikonduktor kompaun, menguasai teknologi teras utama pengeluaran dan pembuatannya, dan merealisasikan penyetempatan keseluruhan rantaian industri bahan mentah-proses-peralatan adalah sangat penting secara strategik untuk memastikan pembangunan industri semikonduktor China. Bidang asas grafit bersalut SiC domestik sedang berkembang pesat, dan kualiti produk boleh mencapai tahap lanjutan antarabangsa tidak lama lagi.
Masa siaran: 24 Julai 2023