Një shtresë epitaksiale është një film i hollë specifik me një kristal të vetëm i rritur në një substrat pllake përmes një procesi epitaksial; pllaka e substratit dhe filmi epitaksial quhen së bashku një pllakë epitaksiale. Midis këtyre, rritja e një shtrese epitaksiale të karabit të silikonit në një substrat përçues të karabit të silikonit prodhon një pllakë epitaksiale homogjene të karabit të silikonit, e cila mund të prodhohet më tej në pajisje energjie siç janë diodat Schottky, MOSFET-et dhe IGBT-të. Lloji i substratit më i përdorur është substrati 4H-SiC.
Meqenëse praktikisht të gjitha pajisjet prodhohen në shtresa epitaksiale, cilësia e shtresës epitaksiale ka një ndikim të rëndësishëm në performancën e pajisjes. Megjithatë, cilësia e shtresës epitaksiale ndikohet nga përpunimi i kristalit dhe substratit, duke e vendosur atë në një pikë kritike në industri dhe duke luajtur një rol kyç në zhvillimin e saj.
Metodat kryesore për përgatitjen e shtresave epitaksiale të karbidit të silicit përfshijnë: depozitimin e avullit; epitaksinë e fazës së lëngshme (LPE); epitaksinë e rrezes molekulare (MBE); dhe depozitimin kimik të avullit (CVD). Ndër këto, depozitimi kimik i avullit (CVD) është metoda më e përdorur gjerësisht për epitaksinë homogjene 4H-SiC. Epitaksinë CVD të 4H-SiC zakonisht përdor pajisje CVD, të cilat sigurojnë vazhdimësinë e strukturës kristalore 4H-SiC në temperatura të larta rritjeje.
Në pajisjet CVD, substrati nuk mund të vendoset direkt në një sipërfaqe metalike ose thjesht të vendoset në një bazë për depozitim epitaksial, pasi kjo përfshin faktorë të ndryshëm ndikues siç janë drejtimi i rrjedhës së gazit (horizontal, vertikal), temperatura, presioni, fiksimi dhe ndotja nga grimcat që derdhen. Prandaj, kërkohet një bazë mbështetëse; substrati vendoset në një tabaka dhe depozitimi epitaksial kryhet më pas në substrat duke përdorur teknologjinë CVD. Kjo bazë mbështetëse është një bazë grafiti e veshur me SiC.
Si një përbërës kryesor, substrati i grafitit karakterizohet nga fortësi dhe modul specifik i lartë, si dhe rezistencë e mirë ndaj goditjeve termike dhe korrozionit. Megjithatë, gjatë prodhimit, grafiti i nënshtrohet korrozionit dhe derdhjes së pluhurit për shkak të gazrave gërryes dhe përbërjeve organometalike të mbetura, duke zvogëluar ndjeshëm jetëgjatësinë e shërbimit të substratit. Në të njëjtën kohë, pluhuri i derdhur i grafitit mund të kontaminojë çipat. Në prodhimin e pllakave epitaksiale të karabit të silikonit, është bërë gjithnjë e më e vështirë të përmbushen kërkesat gjithnjë e më të rrepta për materialet e grafitit, duke kufizuar rëndë zhvillimin dhe zbatimin e tyre praktik. Si pasojë,teknologjia e veshjesështë shfaqur si një zgjidhje.
Avantazhet e veshjeve SiC në industrinë e gjysmëpërçuesve
Vetitë fizike dhe kimike të veshjeve duhet të përmbushin kërkesa të rrepta për rezistencë ndaj temperaturave të larta dhe korrozionit, pasi këto ndikojnë drejtpërdrejt në rendimentin dhe jetëgjatësinë e produktit. Materiali SiC zotëron rezistencë të lartë, fortësi të lartë, një koeficient të ulët të zgjerimit termik dhe përçueshmëri të shkëlqyer termike, duke e bërë atë një material kritik strukturor dhe gjysmëpërçues për temperatura të larta. Kur aplikohet në substrate grafiti, avantazhet e tij përfshijnë:
1) SiC është rezistent ndaj korrozionit dhe mund ta mbështjellë plotësisht substratin e grafitit. Dendësia e tij e lartë parandalon dëmtimin nga gazrat gërryes.
2) SiC ka përçueshmëri të lartë termike dhe forcë të fortë lidhëse me substratin e grafitit, duke siguruar që veshja të mbetet e paprekur edhe pas cikleve të përsëritura të temperaturave të larta dhe të ulëta.
3) SiC ka stabilitet të shkëlqyer kimik, duke parandaluar dështimin e veshjes në atmosfera me temperaturë të lartë dhe korrozive.
Për më tepër, furrat epitaksiale të bëra nga materiale të ndryshme kërkojnë tabaka grafiti me specifikime specifike të performancës. Koeficienti i zgjerimit termik të materialit të grafitit duhet të jetë i pajtueshëm me temperaturën e rritjes së furrës epitaksiale. Për shembull, meqenëse temperatura e rritjes për epitaksi të karbidit të silikonit është e lartë, kërkohen tabaka me një shkallë të lartë të përputhjes së koeficientit të zgjerimit termik. Koeficienti i zgjerimit termik të SiC ndryshon shumë pak nga ai i grafitit, duke e bërë atë materialin e preferuar për veshjen e sipërfaqes së substrateve të grafitit.
SiC ekziston në forma të shumta kristalore, ku më të zakonshmet aktualisht janë llojet 3C, 4H dhe 6H, secila prej të cilave shërben për aplikime të ndryshme. Për shembull, 4H-SiC përdoret për të prodhuar pajisje me fuqi të lartë; 6H-SiC është më i qëndrueshëmi dhe përdoret për të prodhuar pajisje optoelektronike; dhe 3C-SiC, për shkak të ngjashmërisë së tij strukturore me GaN, përdoret për të prodhuar shtresa epitaksiale GaN për prodhimin e pajisjeve RF SiC-GaN. 3C-SiC njihet gjithashtu zakonisht si β-SiC. Një aplikim kryesor i β-SiC është si një material me film të hollë dhe veshje; si pasojë, β-SiC është aktualisht materiali kryesor i përdorur për veshje.
Si një material i zakonshëm konsumues në prodhimin e gjysmëpërçuesve, veshjet SiC përdoren kryesisht në procese të tilla si përgatitja e substratit, epitaksi, oksidimi dhe difuzioni, gdhendja dhe implantimi i joneve. Vetitë fizike dhe kimike të veshjes duhet të përmbushin kërkesa të rrepta për rezistencë ndaj temperaturave të larta dhe rezistencës ndaj korrozionit, pasi këto ndikojnë drejtpërdrejt në rendimentin dhe jetëgjatësinë e produktit. Si pasojë, përgatitja e veshjeve SiC është kritike.
Procesi për përgatitjen e veshjeve të karbit të silikonit
Aktualisht, metodat kryesore për përgatitjen e veshjeve SiC përfshijnë metodën sol-xhel, metodën e ngulitjes, veshjen me furçë, spërkatjen me plazmë, reaksionin kimik të avullit (CVR) dhe depozitimin kimik të avullit (CVD).
Metoda e Vendosjes
Kjo metodë është një lloj sinterimi në gjendje të ngurtë në temperaturë të lartë. Ajo përdor kryesisht një përzierje pluhuri silikoni (Si) dhe pluhuri karboni (C) si pluhur ngulitës. Një substrat grafiti vendoset brenda pluhurit ngulitës dhe sinterizohet në temperatura të larta në një atmosferë gazi inert, duke formuar në fund një shtresë SiC në sipërfaqen e substratit të grafitit. Kjo metodë karakterizohet nga një proces i thjeshtë dhe ngjitje e mirë midis veshjes dhe substratit; megjithatë, veshja shfaq uniformitet të dobët përgjatë drejtimit të trashësisë dhe është e prirur të zhvillojë pore të shumta, duke rezultuar në rezistencë të dobët ndaj oksidimit.
Metoda e veshjes me furçë
Metoda e veshjes me furçë përfshin kryesisht aplikimin e lëndës së parë të lëngshme në sipërfaqen e substratit të grafitit, e ndjekur nga tharja e materialit në një temperaturë specifike për të formuar veshjen. Kjo metodë është e thjeshtë dhe me kosto efektive; megjithatë, veshja që rezulton shfaq ngjitje të dobët në substrat, uniformitet të dobët dhe është relativisht e hollë me rezistencë të ulët ndaj oksidimit, duke kërkuar metoda shtesë.
Metoda e Spërkatjes me Plazmë
Metoda e spërkatjes me plazmë përfshin përdorimin e një pistolete plazme për të spërkatur lëndë të parë të shkrirë ose gjysmë të shkrirë mbi sipërfaqen e substratit të grafitit, i cili më pas ngurtësohet dhe lidhet për të formuar një shtresë. Kjo metodë është e thjeshtë për t’u përdorur dhe mund të prodhojë shtresa relativisht të dendura karbidi silikoni; megjithatë, shtresat që rezultojnë shpesh janë shumë të holla, duke çuar në rezistencë të dobët ndaj oksidimit. Prandaj, përdoret përgjithësisht në përgatitjen e shtresave kompozite SiC për të përmirësuar cilësinë e shtresës.
Metoda Gel-Sol
Metoda xhel-sol përfshin kryesisht përgatitjen e një tretësire sol uniforme dhe transparente për të veshur sipërfaqen e substratit. Pas tharjes në xhel, materiali sinterizohet për të formuar veshjen. Kjo metodë është e thjeshtë për t’u përdorur dhe me kosto relativisht të ulët; megjithatë, veshjet që rezultojnë vuajnë nga disavantazhe të tilla si rezistenca e ulët ndaj goditjeve termike dhe tendenca për të çarë, duke kufizuar zbatimin e tyre të gjerë.
Metoda e Reaksionit të Avullit Kimik (CVR)
CVR përdor kryesisht pluhurat Si dhe SiO₂ për të gjeneruar avuj SiO₂ në temperatura të larta, duke shkaktuar një seri reaksionesh kimike në sipërfaqen e substratit Si për të formuar një shtresë SiC. Shtresa SiC e prodhuar me këtë metodë ngjitet fort me substratin; megjithatë, temperatura e reagimit është e lartë dhe kostoja është gjithashtu relativisht e lartë.
Depozitimi Kimik i Avujve (CVD)
CVD është aktualisht teknologjia kryesore për përgatitjen e veshjeve SiC në sipërfaqet e substratit. Procesi kryesor përfshin një seri reaksionesh fiziko-kimike midis reaktantëve të gaztë dhe sipërfaqes së substratit, duke rezultuar në fund në depozitimin e një veshjeje SiC. Veshjet SiC të prodhuara nga teknologjia CVD lidhen fort me sipërfaqen e substratit dhe mund të përmirësojnë në mënyrë efektive rezistencën ndaj oksidimit dhe rezistencën ndaj ablacionit të materialit të substratit; megjithatë, kjo metodë kërkon një kohë relativisht të gjatë depozitimi, dhe gazrat e reagimit përmbajnë disa përbërës toksikë.
Trendet në veshjet SiC
Veshjet SiC përdoren kryesisht si materiale të konsumueshme në prodhimin e gjysmëpërçuesve, me metrika kryesore të performancës që përfshijnë uniformitetin e veshjes, koeficientin e zgjerimit termik dhe përçueshmërinë termike. Ndërsa ka një kërkesë të konsiderueshme vendase për veshjet SiC në Kinë, teknologjia mbetet e papjekur. Jashtë vendit, vetëm një kompani amerikane operon në këtë fushë dhe produktet e saj janë relativisht të shtrenjta.
Varka kristalijanë materiale të konsumueshme të përdorura në prodhimin epitaksial që mund të zëvendësojnë grafitin e veshur me SiC, megjithëse vëllimi i tregut është i vogël. Tjetra është grafiti i veshur me TaC, i cili ofron rezistencë më të mirë ndaj korrozionit kimik sesa grafiti i zhveshur ose grafiti i veshur me SiC, por është tepër i shtrenjtë dhe ende në fazat e hershme të zhvillimit. Aktualisht, kompanitë vendase siLiufang gjysmëpërçues, Semicera, dheVetek Semiconductorjanë të angazhuar në R&D në këtë fushë.
Koha e postimit: 20 maj 2026