Bases de grafite revestidas com SiC são comumente usadas para suportar e aquecer substratos monocristalinos em equipamentos de deposição química de vapor metalorgânica (MOCVD). A estabilidade térmica, a uniformidade térmica e outros parâmetros de desempenho da base de grafite revestida com SiC desempenham um papel decisivo na qualidade do crescimento epitaxial do material, sendo, portanto, um componente-chave essencial do equipamento MOCVD.
No processo de fabricação de wafers, camadas epitaxiais são depositadas sobre alguns substratos para facilitar a produção de dispositivos. Dispositivos emissores de luz (LEDs) típicos requerem a deposição de camadas epitaxiais de GaAs sobre substratos de silício; a camada epitaxial de SiC é depositada sobre o substrato condutor de SiC para a construção de dispositivos como diodos Schottky (SBDs), MOSFETs, etc., para aplicações de alta tensão, alta corrente e outras potências; a camada epitaxial de GaN é depositada sobre o substrato semi-isolante de SiC para a construção de HEMTs e outros dispositivos para aplicações de radiofrequência (RF), como comunicação. Este processo é inseparável dos equipamentos de deposição química em fase vapor (CVD).
Nos equipamentos de CVD, o substrato não pode ser colocado diretamente sobre o metal ou simplesmente posicionado sobre uma base para deposição epitaxial, pois isso envolve fatores como fluxo de gás (horizontal, vertical), temperatura, pressão, fixação, desprendimento de poluentes e outros aspectos que influenciam o processo. Portanto, é necessário utilizar uma base, posicionar o substrato sobre o disco e, em seguida, aplicar a tecnologia CVD para realizar a deposição epitaxial sobre o substrato. Essa base é feita de grafite revestida com SiC (também conhecida como bandeja).
Bases de grafite revestidas com SiC são comumente usadas para suportar e aquecer substratos monocristalinos em equipamentos de deposição química de vapor metalorgânica (MOCVD). A estabilidade térmica, a uniformidade térmica e outros parâmetros de desempenho da base de grafite revestida com SiC desempenham um papel decisivo na qualidade do crescimento epitaxial do material, sendo, portanto, um componente-chave essencial do equipamento MOCVD.
A deposição química de vapor metalorgânica (MOCVD) é a tecnologia predominante para o crescimento epitaxial de filmes de GaN em LEDs azuis. Ela apresenta vantagens como operação simples, taxa de crescimento controlável e alta pureza dos filmes de GaN. Como um componente importante na câmara de reação do equipamento MOCVD, a base de suporte utilizada para o crescimento epitaxial do filme de GaN precisa apresentar características como alta resistência à temperatura, condutividade térmica uniforme, boa estabilidade química e forte resistência ao choque térmico. O grafite atende a esses requisitos.
Como um dos componentes principais do equipamento MOCVD, a base de grafite serve como suporte e corpo de aquecimento do substrato, determinando diretamente a uniformidade e a pureza do material do filme. Portanto, sua qualidade afeta diretamente a preparação da folha epitaxial e, ao mesmo tempo, com o aumento do número de usos e a mudança das condições de trabalho, ela se desgasta com muita facilidade, sendo considerada um material consumível.
Embora o grafite possua excelente condutividade térmica e estabilidade, sendo uma ótima opção como componente base para equipamentos MOCVD, durante o processo de produção, o pó de grafite sofre corrosão devido aos resíduos de gases corrosivos e compostos orgânicos metálicos, reduzindo significativamente a vida útil da base de grafite. Além disso, a queda de pó de grafite contamina o chip.
O surgimento da tecnologia de revestimento permite a fixação do pó na superfície, melhora a condutividade térmica e equaliza a distribuição de calor, tornando-se a principal tecnologia para solucionar esse problema. Em ambientes de uso de equipamentos MOCVD à base de grafite, o revestimento superficial deve atender às seguintes características:
(1) A base de grafite pode ser totalmente envolvida e a densidade é boa, caso contrário a base de grafite é facilmente corroída no gás corrosivo.
(2) A resistência da combinação com a base de grafite é alta para garantir que o revestimento não se desprenda facilmente após vários ciclos de alta e baixa temperatura.
(3) Possui boa estabilidade química para evitar falhas no revestimento em altas temperaturas e atmosferas corrosivas.
O SiC apresenta vantagens como resistência à corrosão, alta condutividade térmica, resistência ao choque térmico e alta estabilidade química, podendo funcionar bem em atmosfera epitaxial de GaN. Além disso, o coeficiente de expansão térmica do SiC difere muito pouco do do grafite, tornando-o o material preferido para revestimento superficial de bases de grafite.
Atualmente, os tipos mais comuns de SiC são 3C, 4H e 6H, e as aplicações de cada tipo cristalino variam. Por exemplo, o 4H-SiC pode ser usado na fabricação de dispositivos de alta potência; o 6H-SiC é o mais estável e pode ser usado na fabricação de dispositivos fotoelétricos; devido à sua estrutura semelhante à do GaN, o 3C-SiC pode ser usado para produzir camadas epitaxiais de GaN e fabricar dispositivos de radiofrequência (RF) de SiC-GaN. O 3C-SiC também é conhecido como β-SiC, e uma importante aplicação do β-SiC é como material para filmes e revestimentos, sendo atualmente o principal material para revestimentos.
Data da publicação: 04/08/2023