एपिटेक्सियल तह भनेको एपिटेक्सियल प्रक्रिया मार्फत वेफर सब्सट्रेटमा उमारिएको विशिष्ट एकल-क्रिस्टल पातलो फिल्म हो; सब्सट्रेट वेफर र एपिटेक्सियल फिल्मलाई सामूहिक रूपमा एपिटेक्सियल वेफर भनिन्छ। यी मध्ये, प्रवाहकीय सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटमा सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियल तह बढाउँदा एकसमान सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियल वेफर उत्पादन हुन्छ, जसलाई स्कट्की डायोड, MOSFET र IGBT जस्ता पावर उपकरणहरूमा थप निर्माण गर्न सकिन्छ। सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने सब्सट्रेट प्रकार 4H-SiC सब्सट्रेट हो।
लगभग सबै उपकरणहरू एपिटेक्सियल तहहरूमा बनाइएका हुनाले, एपिटेक्सियल तहको गुणस्तरले उपकरणको कार्यसम्पादनमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ। यद्यपि, एपिटेक्सियल तहको गुणस्तर क्रिस्टल र सब्सट्रेट प्रशोधनबाट प्रभावित हुन्छ, जसले यसलाई उद्योगमा एक महत्वपूर्ण मोडमा राख्छ र यसको विकासमा निर्णायक भूमिका खेल्छ।
सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियल तहहरू तयार गर्ने प्राथमिक विधिहरूमा समावेश छन्: वाष्प निक्षेपण; तरल चरण एपिटेक्सी (LPE); आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE); र रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD)। यी मध्ये, रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) 4H-SiC समरूप एपिटेक्सीको लागि सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने विधि हो। 4H-SiC CVD एपिटेक्सीमा सामान्यतया CVD उपकरणहरू प्रयोग गरिन्छ, जसले उच्च वृद्धि तापमानमा 4H-SiC क्रिस्टल संरचनाको निरन्तरता सुनिश्चित गर्दछ।
CVD उपकरणमा, सब्सट्रेटलाई धातुको सतहमा सिधै राख्न सकिँदैन वा एपिटेक्सियल निक्षेपणको लागि आधारमा मात्र राख्न सकिँदैन, किनकि यसमा ग्यास प्रवाह दिशा (तेर्सो, ठाडो), तापक्रम, दबाब, स्थिरीकरण, र कणहरू बगाउनेबाट हुने प्रदूषण जस्ता विभिन्न प्रभाव पार्ने कारकहरू समावेश हुन्छन्। त्यसकारण, समर्थन आधार आवश्यक छ; सब्सट्रेटलाई ट्रेमा राखिन्छ, र त्यसपछि CVD प्रविधि प्रयोग गरेर सब्सट्रेटमा एपिटेक्सियल निक्षेपण गरिन्छ। यो समर्थन आधार SiC-लेपित ग्रेफाइट आधार हो।
मुख्य घटकको रूपमा, ग्रेफाइट सब्सट्रेटमा उच्च विशिष्ट शक्ति र विशिष्ट मोड्युलस, साथै राम्रो थर्मल झटका र जंग प्रतिरोध क्षमता हुन्छ। यद्यपि, उत्पादनको क्रममा, ग्रेफाइट संक्षारक ग्यासहरू र अवशिष्ट अर्गानोमेटलिक यौगिकहरूको कारणले जंग र पाउडर शेडिङको अधीनमा हुन्छ, जसले सब्सट्रेटको सेवा जीवनलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ। एकै समयमा, शेड ग्रेफाइट पाउडरले चिप्सलाई दूषित गर्न सक्छ। सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियल वेफरहरूको उत्पादनमा, ग्रेफाइट सामग्रीहरूको लागि सँधै कडा आवश्यकताहरू पूरा गर्न बढ्दो रूपमा गाह्रो भएको छ, जसले गर्दा तिनीहरूको विकास र व्यावहारिक प्रयोगलाई गम्भीर रूपमा सीमित गरिएको छ। फलस्वरूप,कोटिंग प्रविधिसमाधानको रूपमा देखा परेको छ।
अर्धचालक उद्योगमा SiC कोटिंग्सका फाइदाहरू
कोटिंग्सको भौतिक र रासायनिक गुणहरूले उच्च-तापमान र जंग प्रतिरोधको लागि कडा आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ, किनकि यसले उत्पादनको उपज र आयुलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ। SiC सामग्रीमा उच्च शक्ति, उच्च कठोरता, थर्मल विस्तारको कम गुणांक, र उत्कृष्ट थर्मल चालकता हुन्छ, जसले यसलाई एक महत्वपूर्ण उच्च-तापमान संरचनात्मक र अर्धचालक सामग्री बनाउँछ। ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरूमा लागू गर्दा, यसको फाइदाहरू समावेश छन्:
१) SiC जंग प्रतिरोधी छ र ग्रेफाइट सब्सट्रेटलाई पूर्ण रूपमा समेट्न सक्छ। यसको उच्च घनत्वले संक्षारक ग्याँसहरूबाट हुने क्षतिलाई रोक्छ।
२) SiC मा उच्च तापीय चालकता र ग्रेफाइट सब्सट्रेटसँग बलियो बन्धन शक्ति हुन्छ, जसले गर्दा बारम्बार उच्च-निम्न तापक्रम चक्र पछि पनि कोटिंग अक्षुण्ण रहन्छ।
३) SiC मा उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता हुन्छ, जसले उच्च-तापमान, संक्षारक वायुमण्डलमा कोटिंग विफलतालाई रोक्छ।
यसबाहेक, विभिन्न सामग्रीबाट बनेका एपिटेक्सियल भट्टीहरूलाई विशिष्ट कार्यसम्पादन विशिष्टताहरू भएका ग्रेफाइट ट्रेहरू आवश्यक पर्दछ। ग्रेफाइट सामग्रीको थर्मल विस्तार गुणांक एपिटेक्सियल भट्टीको वृद्धि तापक्रमसँग मिल्दो हुनुपर्छ। उदाहरणका लागि, सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सीको लागि वृद्धि तापमान उच्च भएकोले, उच्च डिग्री थर्मल विस्तार गुणांक मिल्दोजुल्दो ट्रेहरू आवश्यक पर्दछ। SiC को थर्मल विस्तार गुणांक ग्रेफाइटको भन्दा धेरै कम फरक हुन्छ, जसले गर्दा यसलाई ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरूको सतह कोटिंगको लागि मनपर्ने सामग्री बनाइन्छ।
SiC धेरै क्रिस्टल रूपहरूमा अवस्थित छ, जसमध्ये सबैभन्दा सामान्य हाल 3C, 4H, र 6H प्रकारहरू हुन्, प्रत्येकले फरक-फरक अनुप्रयोगहरू सेवा गर्दछ। उदाहरणका लागि, 4H-SiC उच्च-शक्ति उपकरणहरू निर्माण गर्न प्रयोग गरिन्छ; 6H-SiC सबैभन्दा स्थिर हो र अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू निर्माण गर्न प्रयोग गरिन्छ; र 3C-SiC, GaN सँग यसको संरचनात्मक समानताको कारणले, SiC-GaN RF उपकरणहरूको निर्माणको लागि GaN एपिटेक्सियल तहहरू उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ। 3C-SiC लाई सामान्यतया β-SiC पनि भनिन्छ। β-SiC को एक प्रमुख अनुप्रयोग पातलो-फिल्म र कोटिंग सामग्रीको रूपमा हो; फलस्वरूप, β-SiC हाल कोटिंगहरूको लागि प्रयोग हुने प्राथमिक सामग्री हो।
अर्धचालक उत्पादनमा सामान्य उपभोग्य वस्तुको रूपमा, SiC कोटिंगहरू मुख्यतया सब्सट्रेट तयारी, एपिटाक्सी, अक्सिडेशन र प्रसार, इचिंग, र आयन इम्प्लान्टेसन जस्ता प्रक्रियाहरूमा प्रयोग गरिन्छ। कोटिंगको भौतिक र रासायनिक गुणहरूले उच्च-तापमान प्रतिरोध र जंग प्रतिरोधको लागि कडा आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ, किनकि यसले उत्पादनको उपज र आयुलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ। फलस्वरूप, SiC कोटिंगहरूको तयारी महत्त्वपूर्ण छ।
सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्स तयार गर्ने प्रक्रिया
हाल, SiC कोटिंग्स तयार गर्ने प्राथमिक विधिहरूमा सोल-जेल विधि, इम्बेडिङ विधि, ब्रश कोटिंग, प्लाज्मा स्प्रेइङ, रासायनिक वाष्प प्रतिक्रिया (CVR), र रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) समावेश छन्।
इम्बेडिङ विधि
यो विधि उच्च-तापमान ठोस-अवस्था सिन्टरिङको एक प्रकार हो। यसले मुख्यतया सिलिकन (Si) पाउडर र कार्बन (C) पाउडरको मिश्रणलाई इम्बेडिङ पाउडरको रूपमा प्रयोग गर्दछ। ग्रेफाइट सब्सट्रेटलाई इम्बेडिङ पाउडर भित्र राखिन्छ र उच्च तापक्रममा निष्क्रिय ग्यास वायुमण्डलमा सिन्टर गरिन्छ, अन्ततः ग्रेफाइट सब्सट्रेटको सतहमा SiC कोटिंग बनाउँछ। यो विधिमा सरल प्रक्रिया र कोटिंग र सब्सट्रेट बीच राम्रो आसंजन हुन्छ; यद्यपि, कोटिंगले मोटाई दिशामा कमजोर एकरूपता प्रदर्शन गर्दछ र धेरै छिद्रहरू विकास गर्ने सम्भावना हुन्छ, जसको परिणामस्वरूप कमजोर अक्सिडेशन प्रतिरोध हुन्छ।
ब्रस कोटिंग विधि
ब्रस कोटिंग विधिमा मुख्यतया ग्रेफाइट सब्सट्रेटको सतहमा तरल कच्चा पदार्थ लागू गरिन्छ, त्यसपछि कोटिंग बनाउनको लागि सामग्रीलाई विशेष तापक्रममा क्युरिङ गरिन्छ। यो विधि सरल र लागत-प्रभावी छ; यद्यपि, परिणामस्वरूप कोटिंगले सब्सट्रेटमा कमजोर आसंजन, कमजोर एकरूपता, र कम अक्सिडेशन प्रतिरोधको साथ अपेक्षाकृत पातलो प्रदर्शन गर्दछ, पूरक विधिहरू आवश्यक पर्दछ।
प्लाज्मा स्प्रे गर्ने विधि
प्लाज्मा स्प्रेइङ विधिमा ग्रेफाइट सब्सट्रेटको सतहमा पग्लिएको वा अर्ध-पग्लिएको कच्चा पदार्थ स्प्रे गर्न प्लाज्मा गन प्रयोग गरिन्छ, जुन त्यसपछि ठोस हुन्छ र कोटिंग बनाउन बन्धन हुन्छ। यो विधि सञ्चालन गर्न सरल छ र अपेक्षाकृत बाक्लो सिलिकन कार्बाइड कोटिंगहरू उत्पादन गर्न सक्छ; यद्यपि, परिणामस्वरूप कोटिंगहरू प्रायः धेरै पातलो हुन्छन्, जसले गर्दा कम अक्सिडेशन प्रतिरोध हुन्छ। त्यसकारण, कोटिंगको गुणस्तर सुधार गर्न यो सामान्यतया SiC कम्पोजिट कोटिंग्सको तयारीमा प्रयोग गरिन्छ।
जेल-सोल विधि
जेल-सोल विधिमा मुख्यतया सब्सट्रेट सतहलाई कोट गर्न एकसमान, पारदर्शी सोल घोल तयार गर्ने समावेश छ। जेलमा सुकेपछि, कोटिंग बनाउन सामग्रीलाई सिंटर गरिन्छ। यो विधि सञ्चालन गर्न सरल र अपेक्षाकृत कम लागतको छ; यद्यपि, परिणामस्वरूप कोटिंगहरूमा कम थर्मल झट्का प्रतिरोध र क्र्याक हुने प्रवृत्ति जस्ता कमजोरीहरू हुन्छन्, जसले गर्दा तिनीहरूको व्यापक प्रयोग सीमित हुन्छ।
रासायनिक वाष्प प्रतिक्रिया (CVR) विधि
CVR ले मुख्यतया Si र SiO₂ पाउडरहरू प्रयोग गरेर उच्च तापक्रममा SiO₂ वाष्प उत्पन्न गर्छ, जसले गर्दा Si सब्सट्रेटको सतहमा रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको श्रृंखला सुरु हुन्छ जसले SiC कोटिंग बनाउँछ। यस विधिद्वारा उत्पादित SiC कोटिंग सब्सट्रेटमा कडा रूपमा बाँधिन्छ; यद्यपि, प्रतिक्रियाको तापक्रम उच्च हुन्छ, र लागत पनि अपेक्षाकृत उच्च हुन्छ।
रासायनिक बाष्प निक्षेपण (CVD)
CVD हाल सब्सट्रेट सतहहरूमा SiC कोटिंगहरू तयार गर्ने प्राथमिक प्रविधि हो। मुख्य प्रक्रियामा ग्यासीय रिएक्टेन्टहरू र सब्सट्रेट सतह बीच भौतिक-रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको एक श्रृंखला समावेश छ, जसले अन्ततः SiC कोटिंगको निक्षेपणमा परिणाम दिन्छ। CVD प्रविधिद्वारा उत्पादित SiC कोटिंगहरू सब्सट्रेट सतहमा कडा रूपमा बाँधिन्छन् र सब्सट्रेट सामग्रीको अक्सिडेशन प्रतिरोध र पृथकीकरण प्रतिरोधलाई प्रभावकारी रूपमा सुधार गर्न सक्छन्; यद्यपि, यो विधिलाई अपेक्षाकृत लामो निक्षेप समय चाहिन्छ, र प्रतिक्रिया ग्यासहरूमा केही विषाक्त घटकहरू हुन्छन्।
SiC कोटिंग्समा प्रवृत्तिहरू
SiC कोटिंगहरू मुख्यतया अर्धचालक निर्माणमा उपभोग्य वस्तुको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जसमा कोटिंग एकरूपता, थर्मल विस्तारको गुणांक, र थर्मल चालकता जस्ता प्रमुख कार्यसम्पादन मेट्रिक्सहरू समावेश छन्। चीनमा SiC कोटिंगहरूको लागि उल्लेखनीय घरेलु माग भए पनि, प्रविधि अपरिपक्व रहन्छ। विदेशमा, यस क्षेत्रमा केवल एउटा अमेरिकी कम्पनीले काम गर्छ, र यसका उत्पादनहरू अपेक्षाकृत महँगो हुन्छन्।
क्रिस्टल डुङ्गाहरूएपिटेक्सियल उत्पादनमा प्रयोग हुने उपभोग्य वस्तुहरू हुन् जसले SiC-लेपित ग्रेफाइटलाई प्रतिस्थापन गर्न सक्छ, यद्यपि बजार मात्रा सानो छ। अर्को TaC-लेपित ग्रेफाइट हो, जसले बेयर ग्रेफाइट वा SiC-लेपित ग्रेफाइट भन्दा राम्रो रासायनिक जंग प्रतिरोध प्रदान गर्दछ, तर यो निषेधात्मक रूपमा महँगो छ र अझै विकासको प्रारम्भिक चरणमा छ। हाल, घरेलु कम्पनीहरू जस्तैLiufang अर्धचालक, सेमिसेरा, रभेटेक सेमीकन्डक्टरयस क्षेत्रमा अनुसन्धान र विकासमा संलग्न छन्।
पोस्ट समय: मे-२०-२०२६