Lapisan epitaksial nyaéta pilem ipis kristal tunggal spésifik anu dipelak dina substrat wafer ngaliwatan prosés epitaksial; wafer substrat sareng pilem epitaksial sacara koléktif disebut wafer epitaksial. Di antara ieu, tumuwuhna lapisan epitaksial silikon karbida dina substrat silikon karbida konduktif ngahasilkeun wafer epitaksial silikon karbida anu homogen, anu tiasa didamel deui kana alat-alat listrik sapertos dioda Schottky, MOSFET, sareng IGBT. Jenis substrat anu paling seueur dianggo nyaéta substrat 4H-SiC.
Kusabab ampir sadaya alat didamel dina lapisan epitaksial, kualitas lapisan epitaksial gaduh dampak anu signifikan kana kinerja alat. Nanging, kualitas lapisan epitaksial dipangaruhan ku pamrosésan kristal sareng substrat, nempatkeun éta dina titik kritis dina industri sareng maénkeun peran penting dina kamekaranana.
Métode utama pikeun nyiapkeun lapisan epitaksial silikon karbida kalebet: déposisi uap; epitaksi fase cair (LPE); epitaksi sinar molekul (MBE); sareng déposisi uap kimia (CVD). Di antara ieu, déposisi uap kimia (CVD) mangrupikeun metode anu paling seueur dianggo pikeun epitaksi homogen 4H-SiC. Epitaksi CVD 4H-SiC biasana nganggo alat CVD, anu mastikeun kontinuitas struktur kristal 4H-SiC dina suhu pertumbuhan anu luhur.
Dina alat CVD, substrat teu tiasa disimpen langsung dina permukaan logam atanapi ngan saukur disimpen dina dasar pikeun déposisi epitaksial, sabab ieu ngalibatkeun rupa-rupa faktor anu mangaruhan sapertos arah aliran gas (horizontal, vertikal), suhu, tekanan, fiksasi, sareng kontaminasi tina partikel anu dikaluarkeun. Ku alatan éta, dasar pangrojong diperyogikeun; substrat disimpen dina baki, sareng déposisi epitaksial teras dilakukeun dina substrat nganggo téknologi CVD. Dasar pangrojong ieu mangrupikeun dasar grafit anu dilapis SiC.
Salaku komponén inti, substrat grafit mibanda kakuatan spésifik anu luhur sareng modulus spésifik, ogé tahan kana kejutan termal sareng korosi anu saé. Nanging, salami produksi, grafit rentan ka korosi sareng bubuk anu murag kusabab gas korosif sareng sanyawa organologam sésa, anu sacara signifikan ngirangan umur jasa substrat. Dina waktos anu sami, bubuk grafit anu murag tiasa ngotoran chip. Dina produksi wafer epitaksial silikon karbida, beuki hésé pikeun minuhan sarat anu beuki ketat pikeun bahan grafit, anu sacara parah ngawatesan pamekaran sareng aplikasi praktisna. Akibatna,téknologi palapisparantos muncul salaku solusi.
Kaunggulan Lapisan SiC dina Industri Semikonduktor
Sipat fisik sareng kimia palapis kedah nyumponan sarat anu ketat pikeun résistansi suhu luhur sareng korosi, sabab ieu langsung mangaruhan hasil sareng umur produk. Bahan SiC ngagaduhan kakuatan anu luhur, karasana luhur, koefisien ékspansi termal anu handap, sareng konduktivitas termal anu saé, jantenkeun éta bahan struktural sareng semikonduktor suhu luhur anu penting. Nalika diterapkeun kana substrat grafit, kaunggulanana kalebet:
1) SiC tahan korosi sareng tiasa ngabungkus substrat grafit sacara lengkep. Kapadetanna anu luhur nyegah karusakan tina gas korosif.
2) SiC mibanda konduktivitas termal anu luhur sareng kakuatan beungkeutan anu kuat sareng substrat grafit, mastikeun palapis tetep utuh sanajan siklus suhu luhur-handap anu diulang-ulang.
3) SiC mibanda stabilitas kimia anu saé pisan, nyegah kagagalan palapis dina atmosfir korosif suhu luhur.
Salajengna, tungku epitaksial anu didamel tina bahan anu béda-béda meryogikeun baki grafit kalayan spésifikasi kinerja anu khusus. Koéfisién ékspansi termal bahan grafit kedah cocog sareng suhu kamekaran tungku epitaksial. Salaku conto, kumargi suhu kamekaran pikeun epitaksi silikon karbida luhur, baki kalayan tingkat cocog koéfisién ékspansi termal anu luhur diperyogikeun. Koéfisién ékspansi termal SiC béda pisan sareng grafit, jantenkeun éta bahan anu dipikaresep pikeun ngalapis permukaan substrat grafit.
SiC aya dina sababaraha bentuk kristal, anu paling umum ayeuna nyaéta jinis 3C, 4H, sareng 6H, anu masing-masing ngalayanan aplikasi anu béda. Salaku conto, 4H-SiC dianggo pikeun ngadamel alat kakuatan tinggi; 6H-SiC nyaéta anu paling stabil sareng dianggo pikeun ngadamel alat optoelektronik; sareng 3C-SiC, kusabab kamiripan strukturalna sareng GaN, dianggo pikeun ngahasilkeun lapisan epitaksial GaN pikeun ngadamel alat RF SiC-GaN. 3C-SiC ogé umumna disebut β-SiC. Aplikasi konci β-SiC nyaéta salaku bahan pilem ipis sareng palapis; akibatna, β-SiC ayeuna mangrupikeun bahan utama anu dianggo pikeun palapis.
Salaku bahan konsumsi umum dina produksi semikonduktor, palapis SiC utamina dianggo dina prosés sapertos persiapan substrat, epitaksi, oksidasi sareng difusi, etsa, sareng implantasi ion. Sipat fisik sareng kimia palapis kedah nyumponan sarat anu ketat pikeun résistansi suhu luhur sareng résistansi korosi, sabab ieu langsung mangaruhan hasil sareng umur produk. Ku kituna, persiapan palapis SiC penting pisan.
Prosés Nyiapkeun Lapisan Silikon Karbida
Ayeuna, metode utama pikeun nyiapkeun palapis SiC kalebet metode sol-gel, metode embedding, palapis sikat, nyemprot plasma, réaksi uap kimia (CVR), sareng déposisi uap kimia (CVD).
Métode Nyematkan
Métode ieu mangrupikeun jinis sintering solid-state suhu luhur. Utamana nganggo campuran bubuk silikon (Si) sareng bubuk karbon (C) salaku bubuk panyemat. Substrat grafit disimpen dina bubuk panyemat sareng disinter dina suhu luhur dina atmosfir gas inert, pamustunganana ngabentuk lapisan SiC dina permukaan substrat grafit. Métode ieu ngagaduhan prosés anu saderhana sareng adhesi anu saé antara lapisan sareng substrat; kumaha oge, lapisan nunjukkeun keseragaman anu goréng sapanjang arah ketebalan sareng condong ngembangkeun seueur pori, anu ngahasilkeun résistansi oksidasi anu goréng.
Métode Palapis Sikat
Métode palapis sikat utamina ngalibatkeun nerapkeun bahan baku cair kana permukaan substrat grafit, dituturkeun ku cara ngarawat bahan dina suhu anu khusus pikeun ngabentuk palapis. Métode ieu saderhana sareng hemat biaya; kumaha oge, palapis anu dihasilkeun nunjukkeun adhesi anu lemah kana substrat, keseragaman anu goréng, sareng relatif ipis kalayan résistansi oksidasi anu handap, anu meryogikeun metode tambahan.
Métode Nyemprot Plasma
Métode nyemprot plasma ngalibatkeun ngagunakeun pistol plasma pikeun nyemprotkeun bahan baku anu lebur atanapi semi-lebur kana permukaan substrat grafit, anu teras padet sareng ngabeungkeut pikeun ngabentuk lapisan. Métode ieu gampang dioperasikeun sareng tiasa ngahasilkeun lapisan silikon karbida anu relatif padet; kumaha oge, lapisan anu dihasilkeun sering teuing ipis, anu nyababkeun résistansi oksidasi anu goréng. Ku alatan éta, umumna dianggo dina persiapan lapisan komposit SiC pikeun ningkatkeun kualitas lapisan.
Métode Gel-Sol
Métode gél-sol utamina ngalibatkeun nyiapkeun larutan sol anu seragam sareng transparan pikeun ngalapis permukaan substrat. Saatos garing janten gél, bahan disinter pikeun ngabentuk palapis. Métode ieu gampang dioperasikeun sareng hargana relatif murah; kumaha oge, palapis anu dihasilkeun ngagaduhan kakurangan sapertos résistansi kejut termal anu handap sareng kacenderungan retak, ngawatesan aplikasi anu nyebar.
Métode Réaksi Uap Kimia (CVR)
CVR utamina ngamangpaatkeun bubuk Si sareng SiO₂ pikeun ngahasilkeun uap SiO₂ dina suhu anu luhur, anu micu sarangkaian réaksi kimia dina permukaan substrat Si pikeun ngabentuk lapisan SiC. Lapisan SiC anu dihasilkeun ku metode ieu ngabeungkeut pageuh kana substrat; kumaha oge, suhu réaksina luhur, sareng biayana ogé relatif luhur.
Déposisi Uap Kimia (CVD)
CVD ayeuna mangrupikeun téknologi utama pikeun nyiapkeun palapis SiC dina permukaan substrat. Prosés utama ngalibatkeun sarangkaian réaksi fisikokimia antara réaktan gas sareng permukaan substrat, anu pamustunganana ngahasilkeun déposisi palapis SiC. Palapis SiC anu dihasilkeun ku téknologi CVD ngabeungkeut pageuh kana permukaan substrat sareng sacara efektif tiasa ningkatkeun résistansi oksidasi sareng résistansi ablasi bahan substrat; kumaha oge, metode ieu meryogikeun waktos déposisi anu kawilang lami, sareng gas réaksi ngandung komponén toksik anu tangtu.
Tren dina Lapisan SiC
Palapis SiC utamina dianggo salaku bahan konsumsi dina manufaktur semikonduktor, kalayan metrik kinerja konci kalebet keseragaman palapis, koefisien ékspansi termal, sareng konduktivitas termal. Sanaos aya paménta domestik anu signifikan pikeun palapis SiC di Cina, téknologi ieu masih tacan dewasa. Di luar negeri, ngan hiji perusahaan AS anu beroperasi dina widang ieu, sareng produkna relatif mahal.
Parahu kristalnyaéta bahan konsumsi anu dianggo dina produksi epitaksial anu tiasa ngagentos grafit anu dilapis SiC, sanaos volume pasarna alit. Salajengna nyaéta grafit anu dilapis TaC, anu nawiskeun résistansi korosi kimia anu langkung saé tibatan grafit polos atanapi grafit anu dilapis SiC, tapi éta mahal pisan sareng masih dina tahap awal pamekaran. Ayeuna, perusahaan domestik sapertosLiufang semikonduktor, Semicera, jeungSemikonduktor Veteknuju kalibet dina R&D di widang ieu.
Waktos posting: 20-Méi-2026