अर्धचालक भागहरू - SiC लेपित ग्रेफाइट आधार

SiC लेपित ग्रेफाइट आधारहरू सामान्यतया धातु-जैविक रासायनिक वाष्प निक्षेपण (MOCVD) उपकरणहरूमा एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटहरूलाई समर्थन गर्न र तताउन प्रयोग गरिन्छ। SiC लेपित ग्रेफाइट आधारको थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता र अन्य कार्यसम्पादन प्यारामिटरहरूले एपिटेक्सियल सामग्री वृद्धिको गुणस्तरमा निर्णायक भूमिका खेल्छन्, त्यसैले यो MOCVD उपकरणको मुख्य प्रमुख घटक हो।

वेफर निर्माणको प्रक्रियामा, उपकरणहरूको निर्माणलाई सहज बनाउन केही वेफर सब्सट्रेटहरूमा एपिटेक्सियल तहहरू थप निर्माण गरिन्छ। विशिष्ट एलईडी प्रकाश उत्सर्जक उपकरणहरूले सिलिकन सब्सट्रेटहरूमा GaAs को एपिटेक्सियल तहहरू तयार गर्न आवश्यक छ; उच्च भोल्टेज, उच्च प्रवाह र अन्य पावर अनुप्रयोगहरूको लागि SBD, MOSFET, आदि जस्ता उपकरणहरूको निर्माणको लागि SiC एपिटेक्सियल तह प्रवाहकीय SiC सब्सट्रेटमा उब्जाइन्छ; GaN एपिटेक्सियल तह अर्ध-इन्सुलेटेड SiC सब्सट्रेटमा निर्माण गरिन्छ HEMT र सञ्चार जस्ता RF अनुप्रयोगहरूको लागि अन्य उपकरणहरू थप निर्माण गर्न। यो प्रक्रिया CVD उपकरणहरूबाट अविभाज्य छ।

CVD उपकरणमा, सब्सट्रेटलाई धातुमा सिधै राख्न सकिँदैन वा एपिटेक्सियल निक्षेपणको लागि आधारमा मात्र राख्न सकिँदैन, किनभने यसमा ग्यास प्रवाह (तेर्सो, ठाडो), तापक्रम, दबाब, फिक्सेसन, प्रदूषकहरूको बहाव र प्रभाव कारकहरूको अन्य पक्षहरू समावेश हुन्छन्। त्यसकारण, आधार आवश्यक पर्दछ, र त्यसपछि सब्सट्रेट डिस्कमा राखिन्छ, र त्यसपछि CVD प्रविधि प्रयोग गरेर सब्सट्रेटमा एपिटेक्सियल निक्षेपण गरिन्छ, र यो आधार SiC लेपित ग्रेफाइट आधार (ट्रे पनि भनिन्छ) हो।

SiC लेपित ग्रेफाइट आधारहरू सामान्यतया धातु-जैविक रासायनिक वाष्प निक्षेपण (MOCVD) उपकरणहरूमा एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटहरूलाई समर्थन गर्न र तताउन प्रयोग गरिन्छ। SiC लेपित ग्रेफाइट आधारको थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता र अन्य कार्यसम्पादन प्यारामिटरहरूले एपिटेक्सियल सामग्री वृद्धिको गुणस्तरमा निर्णायक भूमिका खेल्छन्, त्यसैले यो MOCVD उपकरणको मुख्य प्रमुख घटक हो।

नीलो एलईडीमा GaN फिल्महरूको एपिटेक्सियल वृद्धिको लागि धातु-जैविक रासायनिक वाष्प निक्षेपण (MOCVD) मुख्यधारा प्रविधि हो। यसमा सरल सञ्चालन, नियन्त्रणयोग्य वृद्धि दर र GaN फिल्महरूको उच्च शुद्धताका फाइदाहरू छन्। MOCVD उपकरणको प्रतिक्रिया कक्षमा एक महत्त्वपूर्ण घटकको रूपमा, GaN फिल्म एपिटेक्सियल वृद्धिको लागि प्रयोग गरिने बेयरिङ बेसमा उच्च तापक्रम प्रतिरोध, एकरूप थर्मल चालकता, राम्रो रासायनिक स्थिरता, बलियो थर्मल झटका प्रतिरोध, आदि फाइदाहरू हुनु आवश्यक छ। ग्रेफाइट सामग्रीले माथिका सर्तहरू पूरा गर्न सक्छ।

MOCVD उपकरणको मुख्य घटक मध्ये एकको रूपमा, ग्रेफाइट आधार सब्सट्रेटको वाहक र तताउने शरीर हो, जसले फिल्म सामग्रीको एकरूपता र शुद्धतालाई प्रत्यक्ष रूपमा निर्धारण गर्दछ, त्यसैले यसको गुणस्तरले एपिटेक्सियल पानाको तयारीलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ, र एकै समयमा, प्रयोगको संख्यामा वृद्धि र काम गर्ने अवस्थाको परिवर्तनसँगै, यो लगाउन धेरै सजिलो हुन्छ, जुन उपभोग्य वस्तुहरूसँग सम्बन्धित छ।

यद्यपि ग्रेफाइटमा उत्कृष्ट थर्मल चालकता र स्थिरता छ, MOCVD उपकरणको आधार घटकको रूपमा यसको राम्रो फाइदा छ, तर उत्पादन प्रक्रियामा, ग्रेफाइटले संक्षारक ग्याँसहरू र धातु जैविक पदार्थहरूको अवशेषको कारणले पाउडरलाई क्षय गर्नेछ, र ग्रेफाइट आधारको सेवा जीवन धेरै कम हुनेछ। साथै, खस्ने ग्रेफाइट पाउडरले चिपमा प्रदूषण निम्त्याउनेछ।

कोटिंग प्रविधिको उदयले सतह पाउडर फिक्सेसन प्रदान गर्न, थर्मल चालकता बढाउन र ताप वितरणलाई समान बनाउन सक्छ, जुन यो समस्या समाधान गर्ने मुख्य प्रविधि बनेको छ। MOCVD उपकरण प्रयोग वातावरणमा ग्रेफाइट आधार, ग्रेफाइट आधार सतह कोटिंगले निम्न विशेषताहरू पूरा गर्नुपर्छ:

(१) ग्रेफाइट आधार पूर्ण रूपमा बेर्न सकिन्छ, र घनत्व राम्रो छ, अन्यथा ग्रेफाइट आधार संक्षारक ग्यासमा सजिलै क्षय हुन्छ।

(२) धेरै उच्च तापक्रम र कम तापक्रम चक्र पछि कोटिंग सजिलै खस्न नपरोस् भनेर सुनिश्चित गर्न ग्रेफाइट आधारसँगको संयोजन शक्ति उच्च हुन्छ।

(३) उच्च तापक्रम र संक्षारक वातावरणमा कोटिंग विफलताबाट बच्न यसमा राम्रो रासायनिक स्थिरता छ।

SiC मा जंग प्रतिरोध, उच्च थर्मल चालकता, थर्मल झटका प्रतिरोध र उच्च रासायनिक स्थिरताका फाइदाहरू छन्, र GaN एपिटेक्सियल वायुमण्डलमा राम्रोसँग काम गर्न सक्छ। थप रूपमा, SiC को थर्मल विस्तार गुणांक ग्रेफाइटको भन्दा धेरै कम फरक छ, त्यसैले SiC ग्रेफाइट आधारको सतह कोटिंगको लागि मनपर्ने सामग्री हो।

हाल, सामान्य SiC मुख्यतया 3C, 4H र 6H प्रकारको छ, र विभिन्न क्रिस्टल प्रकारहरूको SiC प्रयोगहरू फरक छन्। उदाहरणका लागि, 4H-SiC ले उच्च-शक्ति उपकरणहरू निर्माण गर्न सक्छ; 6H-SiC सबैभन्दा स्थिर छ र फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणहरू निर्माण गर्न सक्छ; GaN सँग मिल्दोजुल्दो संरचनाको कारण, 3C-SiC GaN एपिटेक्सियल तह उत्पादन गर्न र SiC-GaN RF उपकरणहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। 3C-SiC लाई सामान्यतया β-SiC पनि भनिन्छ, र β-SiC को एक महत्त्वपूर्ण प्रयोग फिल्म र कोटिंग सामग्रीको रूपमा हो, त्यसैले β-SiC हाल कोटिंगको लागि मुख्य सामग्री हो।

सिलिकन कार्बाइड कोटिंग तयार गर्ने विधि

हाल, SiC कोटिंगको तयारी विधिहरूमा मुख्यतया जेल-सोल विधि, इम्बेडिङ विधि, ब्रश कोटिंग विधि, प्लाज्मा स्प्रेइङ विधि, रासायनिक ग्यास प्रतिक्रिया विधि (CVR) र रासायनिक वाष्प निक्षेपण विधि (CVD) समावेश छन्।

इम्बेडिङ विधि:

यो विधि एक प्रकारको उच्च तापक्रमको ठोस चरणको सिन्टरिङ हो, जसले मुख्यतया Si पाउडर र C पाउडरको मिश्रणलाई इम्बेडिङ पाउडरको रूपमा प्रयोग गर्दछ, ग्रेफाइट म्याट्रिक्सलाई इम्बेडिङ पाउडरमा राखिन्छ, र उच्च तापक्रमको सिन्टरिङ निष्क्रिय ग्यासमा गरिन्छ, र अन्तमा SiC कोटिंग ग्रेफाइट म्याट्रिक्सको सतहमा प्राप्त गरिन्छ। प्रक्रिया सरल छ र कोटिंग र सब्सट्रेट बीचको संयोजन राम्रो छ, तर मोटाई दिशामा कोटिंगको एकरूपता कमजोर छ, जसले गर्दा धेरै प्वालहरू उत्पादन गर्न सजिलो हुन्छ र कमजोर अक्सिडेशन प्रतिरोध हुन्छ।

ब्रस कोटिंग विधि:

ब्रस कोटिंग विधि मुख्यतया ग्रेफाइट म्याट्रिक्सको सतहमा तरल कच्चा पदार्थ ब्रश गर्नु हो, र त्यसपछि कोटिंग तयार गर्न निश्चित तापक्रममा कच्चा पदार्थलाई निको पार्नु हो। प्रक्रिया सरल छ र लागत कम छ, तर ब्रस कोटिंग विधिद्वारा तयार गरिएको कोटिंग सब्सट्रेटसँग संयोजनमा कमजोर छ, कोटिंग एकरूपता कमजोर छ, कोटिंग पातलो छ र अक्सिडेशन प्रतिरोध कम छ, र यसलाई सहयोग गर्न अन्य विधिहरू आवश्यक पर्दछ।

प्लाज्मा स्प्रे गर्ने विधि:

प्लाज्मा स्प्रे गर्ने विधि मुख्यतया ग्रेफाइट म्याट्रिक्सको सतहमा प्लाज्मा बन्दुकले पग्लिएको वा अर्ध-पग्लिएको कच्चा पदार्थ स्प्रे गर्नु हो, र त्यसपछि कोटिंग बनाउनको लागि ठोस र बन्धन गर्नु हो। यो विधि सञ्चालन गर्न सरल छ र अपेक्षाकृत बाक्लो सिलिकन कार्बाइड कोटिंग तयार गर्न सक्छ, तर विधिद्वारा तयार गरिएको सिलिकन कार्बाइड कोटिंग प्रायः धेरै कमजोर हुन्छ र कमजोर अक्सिडेशन प्रतिरोध निम्त्याउँछ, त्यसैले यो सामान्यतया कोटिंगको गुणस्तर सुधार गर्न SiC कम्पोजिट कोटिंगको तयारीको लागि प्रयोग गरिन्छ।

जेल-सोल विधि:

जेल-सोल विधि मुख्यतया म्याट्रिक्सको सतहलाई ढाक्ने एकसमान र पारदर्शी सोल घोल तयार गर्नु हो, जेलमा सुकाउनु र त्यसपछि कोटिंग प्राप्त गर्न सिंटर गर्नु हो। यो विधि सञ्चालन गर्न सरल र कम लागतमा छ, तर उत्पादित कोटिंगमा कम थर्मल झट्का प्रतिरोध र सजिलो क्र्याकिंग जस्ता केही कमजोरीहरू छन्, त्यसैले यसलाई व्यापक रूपमा प्रयोग गर्न सकिँदैन।

रासायनिक ग्यास प्रतिक्रिया (CVR) :

CVR ले मुख्यतया Si र SiO2 पाउडर प्रयोग गरेर SiC कोटिंग उत्पन्न गर्छ जसले उच्च तापक्रममा SiO स्टीम उत्पन्न गर्छ, र C सामग्री सब्सट्रेटको सतहमा रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको श्रृंखला हुन्छ। यस विधिद्वारा तयार पारिएको SiC कोटिंग सब्सट्रेटसँग नजिकबाट बाँधिएको हुन्छ, तर प्रतिक्रियाको तापक्रम बढी हुन्छ र लागत बढी हुन्छ।

रासायनिक बाष्प निक्षेपण (CVD):

हाल, सब्सट्रेट सतहमा SiC कोटिंग तयार गर्ने मुख्य प्रविधि CVD हो। मुख्य प्रक्रिया सब्सट्रेट सतहमा ग्यास चरण प्रतिक्रियाशील सामग्रीको भौतिक र रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको श्रृंखला हो, र अन्तमा SiC कोटिंग सब्सट्रेट सतहमा निक्षेपण गरेर तयार गरिन्छ। CVD प्रविधिद्वारा तयार गरिएको SiC कोटिंग सब्सट्रेटको सतहसँग नजिकबाट बाँधिएको हुन्छ, जसले सब्सट्रेट सामग्रीको अक्सिडेशन प्रतिरोध र एब्लेटिभ प्रतिरोधलाई प्रभावकारी रूपमा सुधार गर्न सक्छ, तर यस विधिको निक्षेपण समय लामो छ, र प्रतिक्रिया ग्यासमा निश्चित विषाक्त ग्यास हुन्छ।

SiC लेपित ग्रेफाइट आधारको बजार अवस्था

जब विदेशी निर्माताहरूले चाँडै सुरु गरे, तिनीहरूसँग स्पष्ट नेतृत्व र उच्च बजार हिस्सा थियो। अन्तर्राष्ट्रिय स्तरमा, SiC लेपित ग्रेफाइट आधारका मुख्यधारा आपूर्तिकर्ताहरू डच Xycard, जर्मनी SGL कार्बन (SGL), जापान टोयो कार्बन, संयुक्त राज्य अमेरिका MEMC र अन्य कम्पनीहरू हुन्, जसले मूल रूपमा अन्तर्राष्ट्रिय बजार ओगटेका छन्। यद्यपि चीनले ग्रेफाइट म्याट्रिक्सको सतहमा SiC कोटिंगको एकरूप वृद्धिको प्रमुख कोर प्रविधिलाई तोडेको छ, उच्च-गुणस्तरको ग्रेफाइट म्याट्रिक्स अझै पनि जर्मन SGL, जापान टोयो कार्बन र अन्य उद्यमहरूमा निर्भर छ, घरेलु उद्यमहरूले प्रदान गरेको ग्रेफाइट म्याट्रिक्सले थर्मल चालकता, लोचदार मोड्युलस, कठोर मोड्युलस, जाली दोषहरू र अन्य गुणस्तर समस्याहरूको कारणले सेवा जीवनलाई असर गर्छ। MOCVD उपकरणहरूले SiC लेपित ग्रेफाइट आधारको प्रयोगको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैनन्।

चीनको अर्धचालक उद्योग द्रुत गतिमा विकास भइरहेको छ, MOCVD एपिटेक्सियल उपकरण स्थानीयकरण दरमा क्रमिक वृद्धि र अन्य प्रक्रिया अनुप्रयोगहरूको विस्तारसँगै, भविष्यको SiC लेपित ग्रेफाइट आधार उत्पादन बजार द्रुत गतिमा बढ्ने अपेक्षा गरिएको छ। प्रारम्भिक उद्योग अनुमान अनुसार, आगामी केही वर्षहरूमा घरेलु ग्रेफाइट आधार बजार ५० करोड युआन नाघ्नेछ।

SiC लेपित ग्रेफाइट आधार कम्पाउन्ड अर्धचालक औद्योगिकीकरण उपकरणको मुख्य घटक हो, यसको उत्पादन र निर्माणको प्रमुख मुख्य प्रविधिमा महारत हासिल गर्नु, र सम्पूर्ण कच्चा पदार्थ-प्रक्रिया-उपकरण उद्योग शृङ्खलाको स्थानीयकरणलाई साकार पार्नु चीनको अर्धचालक उद्योगको विकास सुनिश्चित गर्न ठूलो रणनीतिक महत्त्वको छ। घरेलु SiC लेपित ग्रेफाइट आधारको क्षेत्र फस्टाउँदैछ, र उत्पादनको गुणस्तर चाँडै अन्तर्राष्ट्रिय उन्नत स्तरमा पुग्न सक्छ।