எபிடாக்ஸியல் அடுக்கு என்பது ஒரு வேஃபர் அடி மூலக்கூறின் மீது எபிடாக்ஸியல் செயல்முறை மூலம் வளர்க்கப்படும் ஒரு குறிப்பிட்ட ஒற்றைப் படிக மென்படலம் ஆகும்; அடி மூலக்கூறு வேஃபர் மற்றும் எபிடாக்ஸியல் படலம் ஆகியவை கூட்டாக எபிடாக்ஸியல் வேஃபர் என்று குறிப்பிடப்படுகின்றன. இவற்றில், கடத்தும் சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மீது ஒரு சிலிக்கான் கார்பைடு எபிடாக்ஸியல் அடுக்கை வளர்ப்பது ஒரு சீரான சிலிக்கான் கார்பைடு எபிடாக்ஸியல் வேஃபரை உருவாக்குகிறது, இது ஸ்காட்கி டையோடுகள், MOSFETகள் மற்றும் IGBTகள் போன்ற ஆற்றல் சாதனங்களாக மேலும் உருவாக்கப்படலாம். மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் அடி மூலக்கூறு வகை 4H-SiC அடி மூலக்கூறு ஆகும்.
கிட்டத்தட்ட அனைத்து சாதனங்களும் எபிடெக்சியல் அடுக்குகளின் மீது தயாரிக்கப்படுவதால், எபிடெக்சியல் அடுக்கின் தரம் சாதனத்தின் செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. இருப்பினும், எபிடெக்சியல் அடுக்கின் தரம் படிகம் மற்றும் அடி மூலக்கூறு செயலாக்கத்தால் பாதிக்கப்படுவதால், அது தொழில்துறையில் ஒரு முக்கியமான திருப்புமுனையில் இருப்பதோடு, அதன் வளர்ச்சியிலும் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கிறது.
சிலிக்கான் கார்பைடு எபிடெக்சியல் அடுக்குகளைத் தயாரிப்பதற்கான முதன்மை முறைகளில் ஆவிப் படிவு; திரவ நிலை எபிடெக்சி (LPE); மூலக்கூறு கற்றை எபிடெக்சி (MBE); மற்றும் வேதி ஆவிப் படிவு (CVD) ஆகியவை அடங்கும். இவற்றுள், 4H-SiC ஒருபடித்தான எபிடெக்சிக்கு வேதி ஆவிப் படிவு (CVD) மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் முறையாகும். 4H-SiC CVD எபிடெக்சியானது பொதுவாக CVD உபகரணங்களைப் பயன்படுத்துகிறது, இது உயர் வளர்ச்சி வெப்பநிலைகளின் கீழ் 4H-SiC படிக அமைப்பின் தொடர்ச்சியை உறுதி செய்கிறது.
CVD உபகரணங்களில், அடி மூலக்கூறை நேரடியாக ஒரு உலோகப் பரப்பின் மீதோ அல்லது எபிடெக்சியல் படிவுக்காக ஒரு அடித்தளத்தின் மீதோ வைக்க முடியாது. ஏனெனில், வாயு ஓட்டத்தின் திசை (கிடைமட்ட, செங்குத்து), வெப்பநிலை, அழுத்தம், நிலைநிறுத்தம் மற்றும் உதிரும் துகள்களால் ஏற்படும் மாசுபடுதல் போன்ற பல்வேறு காரணிகள் இதில் செல்வாக்கு செலுத்துகின்றன. எனவே, ஒரு ஆதரவு அடித்தளம் தேவைப்படுகிறது; அடி மூலக்கூறு ஒரு தட்டின் மீது வைக்கப்பட்டு, பின்னர் CVD தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி அந்த அடி மூலக்கூறின் மீது எபிடெக்சியல் படிவு செய்யப்படுகிறது. இந்த ஆதரவு அடித்தளம் ஒரு SiC பூசப்பட்ட கிராஃபைட் அடித்தளமாகும்.
ஒரு முக்கிய அங்கமாக, கிராஃபைட் அடிமூலக்கூறானது அதிக தன்வலிமை மற்றும் தன்மாறுபாடு, அத்துடன் நல்ல வெப்ப அதிர்ச்சி மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்புத் திறனையும் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், உற்பத்தியின் போது, அரிக்கும் வாயுக்கள் மற்றும் எஞ்சிய கரிம உலோகச் சேர்மங்களால் கிராஃபைட் அரிப்பு மற்றும் தூள் உதிர்தலுக்கு உள்ளாகிறது, இது அடிமூலக்கூறின் சேவை ஆயுளைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது. அதே நேரத்தில், உதிர்ந்த கிராஃபைட் தூள் சில்லுகளை மாசுபடுத்தக்கூடும். சிலிக்கான் கார்பைடு எபிடெக்சியல் வேஃபர்களின் உற்பத்தியில், கிராஃபைட் பொருட்களுக்கான மேலும் மேலும் கடுமையான தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வது கடினமாகி வருகிறது, இது அவற்றின் வளர்ச்சி மற்றும் நடைமுறைப் பயன்பாட்டைக் கடுமையாகக் கட்டுப்படுத்துகிறது. இதன் விளைவாக,பூச்சு தொழில்நுட்பம்ஒரு தீர்வாக உருவெடுத்துள்ளது.
குறைக்கடத்தித் துறையில் SiC பூச்சுகளின் நன்மைகள்
பூச்சுகளின் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகள், உயர் வெப்பநிலை மற்றும் அரிப்புத் தடுப்புக்கான கடுமையான தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும், ஏனெனில் இவை உற்பத்தியின் விளைச்சலையும் ஆயுட்காலத்தையும் நேரடியாகப் பாதிக்கின்றன. SiC பொருளானது அதிக வலிமை, அதிக கடினத்தன்மை, குறைந்த வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம் மற்றும் சிறந்த வெப்பக் கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்டிருப்பதால், இது ஒரு முக்கியமான உயர் வெப்பநிலை கட்டமைப்பு மற்றும் குறைக்கடத்திப் பொருளாக விளங்குகிறது. கிராஃபைட் அடிமூலக்கூறுகளில் பயன்படுத்தப்படும்போது, அதன் நன்மைகள் பின்வருமாறு:
1) SiC அரிப்பை எதிர்க்கும் தன்மை கொண்டது மற்றும் கிராஃபைட் தளத்தை முழுமையாக உள்ளடக்கக்கூடியது. அதன் அதிக அடர்த்தி, அரிக்கும் வாயுக்களால் ஏற்படும் சேதத்தைத் தடுக்கிறது.
2) SiC அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறனையும், கிராஃபைட் அடி மூலக்கூறுடன் வலுவான பிணைப்பு வலிமையையும் கொண்டிருப்பதால், மீண்டும் மீண்டும் ஏற்படும் உயர்-குறைந்த வெப்பநிலை சுழற்சிகளுக்குப் பிறகும் பூச்சு சிதையாமல் இருப்பதை உறுதி செய்கிறது.
3) SiC சிறந்த வேதியியல் நிலைத்தன்மையைக் கொண்டிருப்பதால், அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அரிக்கும் தன்மையுள்ள சூழல்களில் பூச்சு சிதைவடைவதைத் தடுக்கிறது.
மேலும், வெவ்வேறு பொருட்களால் செய்யப்பட்ட எபிடெக்சியல் உலைகளுக்கு, குறிப்பிட்ட செயல்திறன் விவரக்குறிப்புகளைக் கொண்ட கிராஃபைட் தட்டுகள் தேவைப்படுகின்றன. கிராஃபைட் பொருளின் வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம், எபிடெக்சியல் உலையின் வளர்ச்சி வெப்பநிலையுடன் இணக்கமாக இருக்க வேண்டும். உதாரணமாக, சிலிக்கான் கார்பைடு எபிடெக்சிக்கான வளர்ச்சி வெப்பநிலை அதிகமாக இருப்பதால், அதிக அளவு வெப்ப விரிவாக்கக் குணகப் பொருத்தத்தைக் கொண்ட தட்டுகள் தேவைப்படுகின்றன. SiC-இன் வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம் கிராஃபைட்டின் குணகத்திலிருந்து மிகக் குறைவாகவே வேறுபடுகிறது, இது கிராஃபைட் அடி மூலக்கூறுகளின் மேற்பரப்பில் பூசுவதற்கு விரும்பப்படும் பொருளாக அமைகிறது.
SiC பல படிக வடிவங்களில் காணப்படுகிறது, தற்போது மிகவும் பொதுவானவை 3C, 4H மற்றும் 6H வகைகள் ஆகும், இவை ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன. உதாரணமாக, 4H-SiC அதிக சக்தி வாய்ந்த சாதனங்களைத் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது; 6H-SiC மிகவும் நிலையானது மற்றும் ஒளியியல் மின்னணு சாதனங்களைத் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது; மேலும் 3C-SiC, GaN உடனான அதன் கட்டமைப்பு ஒற்றுமையின் காரணமாக, SiC-GaN RF சாதனங்களின் உற்பத்திக்காக GaN எபிடெக்சியல் அடுக்குகளை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது. 3C-SiC பொதுவாக β-SiC என்றும் குறிப்பிடப்படுகிறது. β-SiC-இன் ஒரு முக்கியப் பயன்பாடு மென்படலம் மற்றும் பூச்சுப் பொருளாகும்; இதன் விளைவாக, β-SiC தற்போது பூச்சுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் முதன்மைப் பொருளாக உள்ளது.
குறைக்கடத்தி உற்பத்தியில் ஒரு பொதுவான நுகர்பொருளாக, SiC பூச்சுகள் முதன்மையாக அடிமூலக்கூறு தயாரிப்பு, எபிடாக்ஸி, ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் பரவல், அரித்தல், மற்றும் அயனிப் பதியவைத்தல் போன்ற செயல்முறைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பூச்சின் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகள் உயர்-வெப்பநிலை எதிர்ப்பு மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்புக்கான கடுமையான தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும், ஏனெனில் இவை உற்பத்திப் பொருளின் விளைச்சலையும் ஆயுட்காலத்தையும் நேரடியாகப் பாதிக்கின்றன. இதன் விளைவாக, SiC பூச்சுகளைத் தயாரிப்பது மிகவும் முக்கியமானதாகும்.
சிலிக்கான் கார்பைடு பூச்சுகளைத் தயாரிப்பதற்கான செயல்முறை
தற்போது, SiC பூச்சுகளைத் தயாரிப்பதற்கான முதன்மை முறைகளில் கரைசல்-கூழ் முறை, உட்பொதித்தல் முறை, தூரிகைப் பூச்சு, பிளாஸ்மா தெளித்தல், வேதி ஆவி வினை (CVR) மற்றும் வேதி ஆவிப் படிவு (CVD) ஆகியவை அடங்கும்.
உட்பொதித்தல் முறை
இந்த முறை ஒரு வகையான உயர்-வெப்பநிலை திட-நிலை சின்டரிங் ஆகும். இது முதன்மையாக சிலிக்கான் (Si) தூள் மற்றும் கார்பன் (C) தூள் ஆகியவற்றின் கலவையை உட்பொதிக்கும் தூளாகப் பயன்படுத்துகிறது. ஒரு கிராஃபைட் அடிமூலக்கூறானது உட்பொதிக்கும் தூளுக்குள் வைக்கப்பட்டு, மந்த வாயுச் சூழலில் உயர் வெப்பநிலையில் சின்டரிங் செய்யப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, கிராஃபைட் அடிமூலக்கூறின் மேற்பரப்பில் ஒரு SiC பூச்சு உருவாகிறது. இந்த முறையானது ஒரு எளிய செயல்முறையையும், பூச்சுக்கும் அடிமூலக்கூறுக்கும் இடையே நல்ல ஒட்டுதலையும் கொண்டுள்ளது; இருப்பினும், இந்தப் பூச்சானது அதன் தடிமன் திசையில் சீரற்ற தன்மையைக் கொண்டிருப்பதோடு, ஏராளமான துளைகளை உருவாக்கும் தன்மையையும் கொண்டுள்ளது. இதன் விளைவாக, இது குறைந்த ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது.
தூரிகை பூச்சு முறை
தூரிகை பூச்சு முறையில், முதன்மையாக கிராஃபைட் தளத்தின் மேற்பரப்பில் திரவ மூலப்பொருள் பூசப்பட்டு, பின்னர் ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் பதப்படுத்தப்பட்டு பூச்சு உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த முறை எளிமையானது மற்றும் செலவு குறைந்ததாகும்; இருப்பினும், இதன் விளைவாக உருவாகும் பூச்சானது தளத்துடன் பலவீனமான ஒட்டுதலையும், சீரற்ற தன்மையையும், குறைந்த ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பையும் கொண்டிருப்பதால், துணை முறைகள் அவசியமாகின்றன.
பிளாஸ்மா தெளிப்பு முறை
பிளாஸ்மா தெளித்தல் முறையில், உருகிய அல்லது பகுதி உருகிய மூலப்பொருள் ஒரு பிளாஸ்மா துப்பாக்கியைப் பயன்படுத்தி கிராஃபைட் தளத்தின் மேற்பரப்பில் தெளிக்கப்படுகிறது. பின்னர் அது திடமாகி, பிணைந்து ஒரு பூச்சாக உருவாகிறது. இந்த முறையை இயக்குவது எளிது மற்றும் இது ஒப்பீட்டளவில் அடர்த்தியான சிலிக்கான் கார்பைடு பூச்சுகளை உருவாக்க முடியும்; இருப்பினும், இதன் விளைவாக உருவாகும் பூச்சுகள் பெரும்பாலும் மிகவும் மெல்லியதாக இருப்பதால், ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்புத்திறன் குறைவாக உள்ளது. எனவே, பூச்சின் தரத்தை மேம்படுத்துவதற்காக, SiC கலவைப் பூச்சுகளைத் தயாரிப்பதில் இது பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
ஜெல்-சோல் முறை
ஜெல்-சோல் முறையானது, முதன்மையாக அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பில் பூசுவதற்காக ஒரு சீரான, ஒளிபுகும் சோல் கரைசலைத் தயாரிப்பதை உள்ளடக்கியது. ஜெல்லாக உலர்ந்த பிறகு, அந்தப் பொருளை உருக்கிப் பிணைத்து பூச்சு உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த முறை செயல்படுத்துவதற்கு எளிமையானது மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த செலவுடையது; இருப்பினும், இதன் விளைவாக உருவாகும் பூச்சுகள் குறைந்த வெப்ப அதிர்ச்சி எதிர்ப்புத்திறன் மற்றும் விரிசல் ஏற்படும் தன்மை போன்ற குறைபாடுகளைக் கொண்டுள்ளன, இது அவற்றின் பரவலான பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.
இரசாயன ஆவி வினை (CVR) முறை
CVR ஆனது, முதன்மையாக Si மற்றும் SiO₂ தூள்களைப் பயன்படுத்தி உயர் வெப்பநிலையில் SiO₂ ஆவியை உருவாக்குகிறது. இது Si அடி மூலக்கூறின் மேற்பரப்பில் தொடர்ச்சியான வேதி வினைகளைத் தூண்டி, ஒரு SiC பூச்சை உருவாக்குகிறது. இந்த முறையில் உருவாக்கப்படும் SiC பூச்சானது அடி மூலக்கூறுடன் இறுக்கமாகப் பிணைந்து கொள்கிறது; இருப்பினும், வினை வெப்பநிலை அதிகமாக இருப்பதாலும், அதன் விலையும் ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக இருப்பதாலும் இது நிகழ்கிறது.
இரசாயன ஆவிப் படிவு (CVD)
அடி மூலக்கூறு பரப்புகளில் SiC பூச்சுகளைத் தயாரிப்பதற்கான முதன்மைத் தொழில்நுட்பமாக CVD தற்போது உள்ளது. இதன் முக்கிய செயல்முறையானது, வாயு வினைபடுபொருள்களுக்கும் அடி மூலக்கூறு பரப்பிற்கும் இடையே நிகழும் தொடர்ச்சியான இயற்பியல்-வேதியியல் வினைகளை உள்ளடக்கியது, இது இறுதியில் ஒரு SiC பூச்சைப் படியவைக்கிறது. CVD தொழில்நுட்பத்தால் உருவாக்கப்படும் SiC பூச்சுகள், அடி மூலக்கூறு பரப்புடன் இறுக்கமாகப் பிணைந்து, அடி மூலக்கூறு பொருளின் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பு மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்பை திறம்பட மேம்படுத்த முடியும்; இருப்பினும், இந்த முறைக்கு ஒப்பீட்டளவில் நீண்ட படியவைப்பு நேரம் தேவைப்படுகிறது, மேலும் வினை வாயுக்களில் சில நச்சுக்கூறுகள் உள்ளன.
SiC பூச்சுகளின் போக்குகள்
SiC பூச்சுகள் முதன்மையாக குறைக்கடத்தி உற்பத்தியில் நுகர்வுப் பொருட்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பூச்சின் சீரான தன்மை, வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம் மற்றும் வெப்பக் கடத்துத்திறன் ஆகியவை இதன் முக்கிய செயல்திறன் அளவீடுகளாகும். சீனாவில் SiC பூச்சுகளுக்கு கணிசமான உள்நாட்டுத் தேவை இருந்தாலும், இந்தத் தொழில்நுட்பம் இன்னும் முதிர்ச்சியடையாமல் உள்ளது. வெளிநாடுகளில், ஒரே ஒரு அமெரிக்க நிறுவனம் மட்டுமே இத்துறையில் செயல்படுகிறது, மேலும் அதன் தயாரிப்புகள் ஒப்பீட்டளவில் விலை உயர்ந்தவை.
கிரிஸ்டல் படகுகள்SiC-பூசப்பட்ட கிராஃபைட்டிற்கு மாற்றாகப் பயன்படுத்தக்கூடிய, எபிடெக்சியல் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படும் நுகர்பொருட்கள் உள்ளன, இருப்பினும் சந்தை அளவு சிறியது. அடுத்ததாக TaC-பூசப்பட்ட கிராஃபைட் உள்ளது, இது வெறும் கிராஃபைட் அல்லது SiC-பூசப்பட்ட கிராஃபைட்டை விட சிறந்த இரசாயன அரிப்பு எதிர்ப்பை வழங்குகிறது, ஆனால் இது மிகவும் விலை உயர்ந்தது மற்றும் இன்னும் வளர்ச்சியின் ஆரம்ப கட்டங்களில் உள்ளது. தற்போது, போன்ற உள்நாட்டு நிறுவனங்கள்லியுஃபாங் குறைக்கடத்தி, செமிசெரா, மற்றும்வெடெக் செமிகண்டக்டர்இத்துறையில் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டுப் பணிகளில் ஈடுபட்டுள்ளனர்.
பதிவிட்ட நேரம்: மே-20-2026