Podstawy grafitowe pokryte SiC są powszechnie stosowane do podtrzymywania i ogrzewania monokrystalicznych podłoży w urządzeniach do osadzania chemicznego z fazy gazowej metaloorganicznej (MOCVD). Stabilność termiczna, jednorodność termiczna i inne parametry wydajności podstawy grafitowej pokrytej SiC odgrywają decydującą rolę w jakości wzrostu materiału epitaksjalnego, dlatego jest ona kluczowym elementem urządzeń MOCVD.
W procesie produkcji płytek, warstwy epitaksjalne są dalej konstruowane na niektórych podłożach płytek, aby ułatwić produkcję urządzeń. Typowe urządzenia emitujące światło LED muszą przygotować warstwy epitaksjalne GaAs na podłożach krzemowych; Warstwa epitaksjalna SiC jest hodowana na przewodzącym podłożu SiC w celu budowy urządzeń takich jak SBD, MOSFET itp. do zastosowań wysokiego napięcia, wysokiego prądu i innych zastosowań mocy; Warstwa epitaksjalna GaN jest konstruowana na półizolowanym podłożu SiC w celu dalszej budowy HEMT i innych urządzeń do zastosowań RF, takich jak komunikacja. Ten proces jest nierozerwalnie związany ze sprzętem CVD.
W sprzęcie CVD podłoże nie może być bezpośrednio umieszczone na metalu lub po prostu umieszczone na podstawie do osadzania epitaksjalnego, ponieważ obejmuje to przepływ gazu (poziomy, pionowy), temperaturę, ciśnienie, utrwalanie, usuwanie zanieczyszczeń i inne aspekty czynników wpływających. Dlatego potrzebna jest podstawa, a następnie podłoże jest umieszczane na dysku, a następnie osadzanie epitaksjalne jest przeprowadzane na podłożu przy użyciu technologii CVD, a ta podstawa jest podstawą grafitową pokrytą SiC (znaną również jako tacka).
Podstawy grafitowe pokryte SiC są powszechnie stosowane do podtrzymywania i ogrzewania monokrystalicznych podłoży w urządzeniach do osadzania chemicznego z fazy gazowej metaloorganicznej (MOCVD). Stabilność termiczna, jednorodność termiczna i inne parametry wydajności podstawy grafitowej pokrytej SiC odgrywają decydującą rolę w jakości wzrostu materiału epitaksjalnego, dlatego jest ona kluczowym elementem urządzeń MOCVD.
Metalowo-organiczne chemiczne osadzanie z fazy gazowej (MOCVD) jest główną technologią epitaksjalnego wzrostu warstw GaN w niebieskich diodach LED. Ma zalety prostej obsługi, kontrolowanej szybkości wzrostu i wysokiej czystości warstw GaN. Jako ważny element komory reakcyjnej sprzętu MOCVD, podstawa nośna używana do epitaksjalnego wzrostu warstw GaN musi mieć zalety wysokiej odporności na temperaturę, równomiernej przewodności cieplnej, dobrej stabilności chemicznej, silnej odporności na szok termiczny itp. Materiał grafitowy może spełniać powyższe warunki.
Jako jeden z podstawowych komponentów urządzeń MOCVD, baza grafitowa jest nośnikiem i elementem grzejnym podłoża, który bezpośrednio decyduje o jednorodności i czystości materiału filmowego, a zatem jej jakość bezpośrednio wpływa na przygotowanie warstwy epitaksjalnej. Jednocześnie, wraz ze wzrostem liczby zastosowań i zmianą warunków pracy, jest ona bardzo łatwa w zużyciu, należąc do materiałów eksploatacyjnych.
Chociaż grafit ma doskonałą przewodność cieplną i stabilność, ma dobrą zaletę jako podstawowy składnik sprzętu MOCVD, ale w procesie produkcyjnym grafit będzie korodował proszek z powodu pozostałości gazów korozyjnych i związków organicznych metali, a żywotność bazy grafitowej zostanie znacznie skrócona. Jednocześnie spadający proszek grafitowy spowoduje zanieczyszczenie chipa.
Pojawienie się technologii powłokowej może zapewnić utrwalanie proszku powierzchniowego, zwiększyć przewodnictwo cieplne i wyrównać rozkład ciepła, co stało się główną technologią rozwiązania tego problemu. Baza grafitowa w środowisku użytkowania sprzętu MOCVD, powłoka powierzchniowa bazy grafitowej powinna spełniać następujące cechy:
(1) Podstawę grafitową można całkowicie owinąć, a gęstość jest dobra, w przeciwnym razie podstawa grafitowa łatwo ulega korozji w gazie korozyjnym.
(2) Wytrzymałość połączenia z bazą grafitową jest wysoka, co zapewnia, że powłoka nie odpadnie łatwo po kilku cyklach wysokiej i niskiej temperatury.
(3) Posiada dobrą stabilność chemiczną, co zapobiega uszkodzeniu powłoki w wysokiej temperaturze i środowisku korozyjnym.
SiC ma zalety odporności na korozję, wysokiej przewodności cieplnej, odporności na szok termiczny i wysokiej stabilności chemicznej, a także może dobrze działać w epitaksjalnej atmosferze GaN. Ponadto współczynnik rozszerzalności cieplnej SiC różni się bardzo nieznacznie od współczynnika grafitu, więc SiC jest preferowanym materiałem do powlekania powierzchni bazy grafitowej.
Obecnie powszechnym SiC jest głównie typ 3C, 4H i 6H, a zastosowania SiC różnych typów kryształów są różne. Na przykład 4H-SiC może wytwarzać urządzenia o dużej mocy; 6H-SiC jest najbardziej stabilny i może wytwarzać urządzenia fotoelektryczne; Ze względu na podobną strukturę do GaN, 3C-SiC może być używany do wytwarzania warstwy epitaksjalnej GaN i wytwarzania urządzeń RF SiC-GaN. 3C-SiC jest powszechnie znany jako β-SiC, a ważnym zastosowaniem β-SiC jest jako materiał filmowy i powłokowy, więc β-SiC jest obecnie głównym materiałem do powlekania.
Metoda przygotowania powłoki z węglika krzemu
Obecnie metody przygotowywania powłok SiC obejmują głównie metodę żel-sol, metodę zatapiania, metodę powlekania pędzlem, metodę natryskiwania plazmowego, metodę chemicznej reakcji gazowej (CVR) i metodę chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD).
Metoda osadzania:
Metoda jest rodzajem spiekania w fazie stałej w wysokiej temperaturze, która wykorzystuje głównie mieszankę proszku Si i proszku C jako proszek do zatapiania, matryca grafitowa jest umieszczana w proszku do zatapiania, a spiekanie w wysokiej temperaturze jest przeprowadzane w gazie obojętnym, a na końcu powłoka SiC jest uzyskiwana na powierzchni matrycy grafitowej. Proces jest prosty, a połączenie powłoki i podłoża jest dobre, ale jednorodność powłoki wzdłuż kierunku grubości jest słaba, co ułatwia wytwarzanie większej liczby otworów i prowadzi do słabej odporności na utlenianie.
Metoda malowania pędzlem:
Metoda powlekania pędzlem polega głównie na szczotkowaniu płynnego surowca na powierzchni matrycy grafitowej, a następnie utwardzaniu surowca w określonej temperaturze w celu przygotowania powłoki. Proces jest prosty, a koszt niski, ale powłoka przygotowana metodą powlekania pędzlem jest słaba w połączeniu z podłożem, jednorodność powłoki jest słaba, powłoka jest cienka, a odporność na utlenianie jest niska, a do jej wspomagania potrzebne są inne metody.
Metoda natryskiwania plazmowego:
Metoda natryskiwania plazmowego polega głównie na natryskiwaniu stopionych lub półstopionych surowców na powierzchnię matrycy grafitowej za pomocą pistoletu plazmowego, a następnie ich zestalaniu i łączeniu w celu utworzenia powłoki. Metoda jest prosta w obsłudze i umożliwia przygotowanie stosunkowo gęstej powłoki z węglika krzemu, ale powłoka z węglika krzemu przygotowana tą metodą jest często zbyt słaba i prowadzi do słabej odporności na utlenianie, dlatego jest ona powszechnie stosowana do przygotowywania powłoki kompozytowej SiC w celu poprawy jakości powłoki.
Metoda żel-sol:
Metoda żel-sol polega głównie na przygotowaniu jednolitego i przezroczystego roztworu sol pokrywającego powierzchnię matrycy, wysuszeniu do postaci żelu, a następnie spiekaniu w celu uzyskania powłoki. Ta metoda jest prosta w obsłudze i tania, ale wytworzona powłoka ma pewne wady, takie jak niska odporność na szok termiczny i łatwe pękanie, więc nie może być szeroko stosowana.
Reakcja chemiczna gazu (CVR):
CVR generuje powłokę SiC głównie przy użyciu proszku Si i SiO2 do generowania pary SiO w wysokiej temperaturze, a na powierzchni podłoża z materiału C zachodzi szereg reakcji chemicznych. Powłoka SiC przygotowana tą metodą jest ściśle związana z podłożem, ale temperatura reakcji jest wyższa, a koszt wyższy.
Osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD):
Obecnie CVD jest główną technologią przygotowywania powłoki SiC na powierzchni podłoża. Głównym procesem jest seria reakcji fizycznych i chemicznych materiału reagującego w fazie gazowej na powierzchni podłoża, a na końcu powłoka SiC jest przygotowywana przez osadzanie na powierzchni podłoża. Powłoka SiC przygotowana technologią CVD jest ściśle związana z powierzchnią podłoża, co może skutecznie poprawić odporność na utlenianie i odporność ablacyjną materiału podłoża, ale czas osadzania tej metody jest dłuższy, a gaz reakcyjny ma pewien toksyczny gaz.
Sytuacja rynkowa baz grafitowych powlekanych SiC
Gdy zagraniczni producenci zaczęli wcześnie, mieli wyraźną przewagę i wysoki udział w rynku. Na arenie międzynarodowej głównymi dostawcami powlekanej grafitem bazy SiC są holenderski Xycard, niemiecki SGL Carbon (SGL), japoński Toyo Carbon, amerykański MEMC i inne firmy, które zasadniczo zajmują rynek międzynarodowy. Chociaż Chiny przebiły się przez kluczową technologię równomiernego wzrostu powłoki SiC na powierzchni matrycy grafitowej, wysokiej jakości matryca grafitowa nadal opiera się na niemieckich przedsiębiorstwach SGL, japońskim Toyo Carbon i innych, matryca grafitowa dostarczana przez krajowe przedsiębiorstwa wpływa na żywotność z powodu przewodności cieplnej, modułu sprężystości, modułu sztywności, wad sieci i innych problemów jakościowych. Sprzęt MOCVD nie może spełnić wymagań dotyczących stosowania powlekanej grafitowej bazy SiC.
Chiński przemysł półprzewodników rozwija się szybko, wraz ze stopniowym wzrostem szybkości lokalizacji sprzętu epitaksjalnego MOCVD i ekspansją innych zastosowań procesowych, oczekuje się, że przyszły rynek produktów bazowych z grafitu powlekanego SiC będzie rósł szybko. Według wstępnych szacunków branżowych krajowy rynek bazowy z grafitu przekroczy 500 milionów juanów w ciągu najbliższych kilku lat.
Baza grafitowa powlekana SiC jest głównym elementem wyposażenia do industrializacji półprzewodników złożonych, opanowanie kluczowej technologii rdzeniowej jej produkcji i wytwarzania oraz uświadomienie sobie, że lokalizacja całego łańcucha przemysłowego surowiec-proces-sprzęt ma ogromne znaczenie strategiczne dla zapewnienia rozwoju chińskiego przemysłu półprzewodników. Dziedzina krajowej bazy grafitowej powlekanej SiC przeżywa rozkwit, a jakość produktu może wkrótce osiągnąć międzynarodowy poziom zaawansowany.
Czas publikacji: 24-07-2023