Saff epitassjali huwa film irqiq speċifiku ta' kristall wieħed imkabbar fuq sottostrat ta' wejfer permezz ta' proċess epitassjali; il-wejfer tas-sottostrat u l-film epitassjali huma kollettivament imsejħa wejfer epitassjali. Fost dawn, it-tkabbir ta' saff epitassjali tal-karbur tas-silikon fuq sottostrat konduttiv tal-karbur tas-silikon jipproduċi wejfer epitassjali omoġenju tal-karbur tas-silikon, li jista' jiġi fabbrikat aktar f'apparati tal-enerġija bħal dijodi Schottky, MOSFETs, u IGBTs. L-aktar tip ta' sottostrat użat huwa s-sottostrat 4H-SiC.
Peress li kważi l-apparati kollha huma fabbrikati fuq saffi epitassjali, il-kwalità tas-saff epitassjali għandha impatt sinifikanti fuq il-prestazzjoni tal-apparat. Madankollu, il-kwalità tas-saff epitassjali hija influwenzata mill-ipproċessar tal-kristalli u s-sottostrat, u dan ipoġġih f'punt kritiku fl-industrija u għandu rwol ċentrali fl-iżvilupp tagħha.
Il-metodi primarji għall-preparazzjoni ta' saffi epitassjali tal-karbur tas-silikon jinkludu: depożizzjoni tal-fwar; epitassja tal-fażi likwida (LPE); epitassja tar-raġġ molekulari (MBE); u depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD). Fost dawn, id-depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD) hija l-aktar metodu użat għall-epitassija omoġenja ta' 4H-SiC. L-epitassija CVD ta' 4H-SiC tipikament tuża tagħmir CVD, li jiżgura l-kontinwità tal-istruttura kristallina ta' 4H-SiC taħt temperaturi għoljin ta' tkabbir.
Fit-tagħmir tas-CVD, is-sottostrat ma jistax jitqiegħed direttament fuq wiċċ tal-metall jew sempliċement jitqiegħed fuq bażi għal depożizzjoni epitassjali, peress li dan jinvolvi diversi fatturi ta' influwenza bħad-direzzjoni tal-fluss tal-gass (orizzontali, vertikali), it-temperatura, il-pressjoni, il-fissazzjoni, u l-kontaminazzjoni mill-partiċelli li jitfarrku. Għalhekk, hija meħtieġa bażi ta' appoġġ; is-sottostrat jitqiegħed fuq trej, u d-depożizzjoni epitassjali mbagħad titwettaq fuq is-sottostrat bl-użu tat-teknoloġija tas-CVD. Din il-bażi ta' appoġġ hija bażi tal-grafita miksija bis-SiC.
Bħala komponent ewlieni, is-sottostrat tal-grafita għandu saħħa speċifika għolja u modulu speċifiku, kif ukoll reżistenza tajba għax-xokk termali u l-korrużjoni. Madankollu, waqt il-produzzjoni, il-grafita hija soġġetta għall-korrużjoni u t-twaqqigħ tat-trab minħabba gassijiet korrużivi u komposti organometalliċi residwi, li jnaqqsu b'mod sinifikanti l-ħajja tas-servizz tas-sottostrat. Fl-istess ħin, it-trab tal-grafita mxerred jista' jikkontamina ċ-ċipep. Fil-produzzjoni ta' wejfers epitassjali tal-karbur tas-silikon, sar dejjem aktar diffiċli li jintlaħqu r-rekwiżiti dejjem aktar stretti għall-materjali tal-grafita, u dan jillimita ħafna l-iżvilupp u l-applikazzjoni prattika tagħhom. Konsegwentement,teknoloġija tal-kisiħarġet bħala soluzzjoni.
Vantaġġi tal-Kisi tas-SiC fl-Industrija tas-Semikondutturi
Il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-kisi għandhom jissodisfaw rekwiżiti stretti għal temperatura għolja u reżistenza għall-korrużjoni, peress li dawn jaffettwaw direttament ir-rendiment u l-ħajja tal-prodott. Il-materjal SiC għandu saħħa għolja, ebusija għolja, koeffiċjent baxx ta' espansjoni termali, u konduttività termali eċċellenti, li jagħmilha materjal strutturali u semikonduttur kritiku għal temperatura għolja. Meta jiġi applikat għal sottostrati tal-grafita, il-vantaġġi tiegħu jinkludu:
1) Is-SiC huwa reżistenti għall-korrużjoni u jista' jinkapsula kompletament is-sottostrat tal-grafita. Id-densità għolja tiegħu tipprevjeni l-ħsara minn gassijiet korrużivi.
2) Is-SiC għandu konduttività termali għolja u saħħa qawwija ta' twaħħil mas-sottostrat tal-grafita, u jiżgura li l-kisi jibqa' intatt anke wara ċikli ripetuti ta' temperatura għolja-baxxa.
3) Is-SiC għandu stabbiltà kimika eċċellenti, u jipprevjeni l-ħsara fil-kisi f'atmosferi korrużivi b'temperatura għolja.
Barra minn hekk, fran epitassjali magħmula minn materjali differenti jeħtieġu trejs tal-grafita bi speċifikazzjonijiet ta' prestazzjoni speċifiċi. Il-koeffiċjent ta' espansjoni termali tal-materjal tal-grafita għandu jkun kompatibbli mat-temperatura tat-tkabbir tal-forn epitassjali. Pereżempju, peress li t-temperatura tat-tkabbir għall-epitassija tal-karbur tas-silikon hija għolja, huma meħtieġa trejs b'livell għoli ta' tqabbil tal-koeffiċjent ta' espansjoni termali. Il-koeffiċjent ta' espansjoni termali tas-SiC ivarja ftit ħafna minn dak tal-grafita, u dan jagħmilha l-materjal preferut għall-kisi tal-wiċċ tas-sottostrati tal-grafita.
Is-SiC jeżisti f'diversi forom ta' kristalli, bl-aktar komuni bħalissa jkunu t-tipi 3C, 4H, u 6H, li kull wieħed iservi applikazzjonijiet differenti. Pereżempju, 4H-SiC jintuża għall-manifattura ta' apparati ta' qawwa għolja; 6H-SiC huwa l-aktar stabbli u jintuża għall-manifattura ta' apparati optoelettroniċi; u 3C-SiC, minħabba x-xebh strutturali tiegħu mal-GaN, jintuża biex jipproduċi saffi epitassjali tal-GaN għall-manifattura ta' apparati RF SiC-GaN. 3C-SiC huwa wkoll komunement imsejjaħ β-SiC. Applikazzjoni ewlenija tal-β-SiC hija bħala materjal ta' film irqiq u kisi; konsegwentement, β-SiC bħalissa huwa l-materjal primarju użat għall-kisi.
Bħala konsumabbli komuni fil-produzzjoni tas-semikondutturi, il-kisi tas-SiC jintuża primarjament fi proċessi bħall-preparazzjoni tas-sottostrat, l-epitassija, l-ossidazzjoni u d-diffużjoni, l-inċiżjoni, u l-impjantazzjoni tal-joni. Il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-kisi għandhom jissodisfaw rekwiżiti stretti għar-reżistenza għat-temperatura għolja u r-reżistenza għall-korrużjoni, peress li dawn jaffettwaw direttament ir-rendiment u l-ħajja tal-prodott. Konsegwentement, il-preparazzjoni tal-kisi tas-SiC hija kritika.
Proċess għat-Tħejjija ta' Kisi tas-Silikon Karbur
Bħalissa, il-metodi primarji għall-preparazzjoni ta' kisi tas-SiC jinkludu l-metodu sol-gel, il-metodu ta' inkorporazzjoni, kisi bil-pinzell, bexx bil-plażma, reazzjoni kimika tal-fwar (CVR), u depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD).
Metodu ta' Inkorporazzjoni
Dan il-metodu huwa tip ta' sinterizzazzjoni fi stat solidu f'temperatura għolja. Primarjament juża taħlita ta' trab tas-silikon (Si) u trab tal-karbonju (C) bħala t-trab tal-inkorporazzjoni. Sottostrat tal-grafita jitqiegħed fit-trab tal-inkorporazzjoni u jiġi sinterizzat f'temperaturi għoljin f'atmosfera ta' gass inert, u fl-aħħar mill-aħħar jifforma kisi tas-SiC fuq il-wiċċ tas-sottostrat tal-grafita. Dan il-metodu għandu proċess sempliċi u adeżjoni tajba bejn il-kisi u s-sottostrat; madankollu, il-kisi juri uniformità fqira tul id-direzzjoni tal-ħxuna u huwa suxxettibbli li jiżviluppa bosta pori, li jirriżulta f'reżistenza fqira għall-ossidazzjoni.
Metodu ta' Kisi bil-Pinzell
Il-metodu tal-kisi bil-pinzell jinvolvi primarjament l-applikazzjoni ta' materja prima likwida fuq il-wiċċ tas-sottostrat tal-grafita, segwita mill-ikkurar tal-materjal f'temperatura speċifika biex tifforma l-kisi. Dan il-metodu huwa sempliċi u kosteffettiv; madankollu, il-kisi li jirriżulta juri adeżjoni dgħajfa mas-sottostrat, uniformità fqira, u huwa relattivament irqiq b'reżistenza baxxa għall-ossidazzjoni, li teħtieġ metodi supplimentari.
Metodu ta' Sprejjar bil-Plażma
Il-metodu tal-isprejjar bil-plażma jinvolvi l-użu ta' pistola tal-plażma biex tisprejja materja prima mdewba jew semi-mdewba fuq il-wiċċ tas-sottostrat tal-grafita, li mbagħad tissolidifika u tgħaqqad biex tifforma kisi. Dan il-metodu huwa sempliċi biex jitħaddem u jista' jipproduċi kisi tas-silikon karbur relattivament dens; madankollu, il-kisi li jirriżulta ħafna drabi jkun irqaq wisq, u dan iwassal għal reżistenza fqira għall-ossidazzjoni. Għalhekk, ġeneralment jintuża fil-preparazzjoni ta' kisi kompost tas-SiC biex tittejjeb il-kwalità tal-kisi.
Metodu Gel-Sol
Il-metodu gel-sol primarjament jinvolvi t-tħejjija ta' soluzzjoni sol uniformi u trasparenti biex tiksi l-wiċċ tas-sottostrat. Wara li jinxef f'ġel, il-materjal jiġi sinterizzat biex jifforma l-kisi. Dan il-metodu huwa sempliċi biex jitħaddem u relattivament irħis; madankollu, il-kisi li jirriżulta jbati minn żvantaġġi bħal reżistenza baxxa għax-xokk termali u tendenza li jixxaqqu, li jillimitaw l-applikazzjoni mifruxa tagħhom.
Metodu ta' Reazzjoni Kimika tal-Fwar (CVR)
Is-CVR primarjament juża trabijiet tas-Si u tas-SiO₂ biex jiġġenera fwar tas-SiO₂ f'temperaturi għoljin, u b'hekk iqanqal serje ta' reazzjonijiet kimiċi fuq il-wiċċ tas-sottostrat tas-Si biex jifforma kisi tas-SiC. Il-kisi tas-SiC prodott b'dan il-metodu jintrabat sew mas-sottostrat; madankollu, it-temperatura tar-reazzjoni hija għolja, u l-ispiża hija wkoll relattivament għolja.
Depożizzjoni Kimika tal-Fwar (CVD)
Bħalissa, is-CVD hija t-teknoloġija primarja għat-tħejjija ta' kisi tas-SiC fuq uċuħ tas-sottostrat. Il-proċess ewlieni jinvolvi serje ta' reazzjonijiet fiżikokimiċi bejn reatturi gassużi u l-wiċċ tas-sottostrat, li fl-aħħar mill-aħħar jirriżultaw fid-depożizzjoni ta' kisi tas-SiC. Il-kisi tas-SiC prodotti bit-teknoloġija CVD jintrabtu sew mal-wiċċ tas-sottostrat u jistgħu jtejbu b'mod effettiv ir-reżistenza għall-ossidazzjoni u r-reżistenza għall-ablazzjoni tal-materjal tas-sottostrat; madankollu, dan il-metodu jeħtieġ ħin ta' depożizzjoni relattivament twil, u l-gassijiet tar-reazzjoni fihom ċerti komponenti tossiċi.
Xejriet fil-Kisi tas-SiC
Il-kisi tas-SiC jintuża primarjament bħala konsumabbli fil-manifattura tas-semikondutturi, b'metriċi ewlenin tal-prestazzjoni li jinkludu l-uniformità tal-kisi, il-koeffiċjent tal-espansjoni termali, u l-konduttività termali. Filwaqt li hemm domanda domestika sinifikanti għall-kisi tas-SiC fiċ-Ċina, it-teknoloġija għadha immatura. Barra minn Malta, kumpanija Amerikana waħda biss topera f'dan il-qasam, u l-prodotti tagħha huma relattivament għaljin.
Dgħajjes tal-kristallhuma konsumabbli użati fil-produzzjoni epitassjali li jistgħu jissostitwixxu l-grafita miksija bis-SiC, għalkemm il-volum tas-suq huwa żgħir. Li jmiss hija l-grafita miksija bit-TaC, li toffri reżistenza għall-korrużjoni kimika aħjar mill-grafita mikxufa jew il-grafita miksija bis-SiC, iżda hija għalja wisq u għadha fl-istadji bikrija tal-iżvilupp. Bħalissa, kumpaniji domestiċi bħalSemikonduttur Liufang, Semiċera, uVetek Semiconductorhuma involuti fir-R&Ż f'dan il-qasam.
Ħin tal-posta: 20 ta' Mejju 2026