சிலிக்கான் கார்பைடுக்கான தொழில்நுட்பத் தடைகள் யாவை?Ⅱ

நிலையான செயல்திறனுடன் கூடிய உயர்தர சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபர்களை நிலையாகப் பெருமளவில் உற்பத்தி செய்வதில் உள்ள தொழில்நுட்பச் சிக்கல்களில் பின்வருவன அடங்கும்:

1) படிகங்கள் 2000°C-க்கு மேற்பட்ட உயர்-வெப்பநிலை கொண்ட மூடிய சூழலில் வளர வேண்டியிருப்பதால், வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாட்டுத் தேவைகள் மிகவும் அதிகமாக உள்ளன;
2) சிலிக்கான் கார்பைடில் 200-க்கும் மேற்பட்ட படிக அமைப்புகள் இருந்தாலும், ஒற்றைப் படிக சிலிக்கான் கார்பைடின் ஒரு சில அமைப்புகளே தேவையான குறைக்கடத்திப் பொருட்களாக இருப்பதால், படிக வளர்ச்சிச் செயல்முறையின் போது சிலிக்கான்-கார்பன் விகிதம், வளர்ச்சி வெப்பநிலைச் சரிவு மற்றும் படிக வளர்ச்சி போன்ற வேகம், காற்று ஓட்ட அழுத்தம் போன்ற அளவுருக்களைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த வேண்டியது அவசியம்.
3) ஆவி நிலை பரிமாற்ற முறையின் கீழ், சிலிக்கான் கார்பைடு படிக வளர்ச்சியின் விட்டம் விரிவாக்க தொழில்நுட்பம் மிகவும் கடினமானது;
4) சிலிக்கான் கார்பைடின் கடினத்தன்மை வைரத்தின் கடினத்தன்மைக்கு நெருக்கமாக உள்ளது, மேலும் அதை வெட்டுதல், அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டும் நுட்பங்கள் கடினமானவை.

SiC எபிடாக்ஸியல் வேஃபர்கள்: பொதுவாக இரசாயன ஆவிப் படிவு (CVD) முறையில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. வெவ்வேறு டோப்பிங் வகைகளின்படி, அவை n-வகை மற்றும் p-வகை எபிடாக்ஸியல் வேஃபர்களாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன. உள்நாட்டு ஹான்டியன் தியான்செங் மற்றும் டோங்குவான் தியான்யு ஆகிய நிறுவனங்களால் ஏற்கனவே 4-அங்குலம்/6-அங்குலம் SiC எபிடாக்ஸியல் வேஃபர்களை வழங்க முடிகிறது. SiC எபிடாக்ஸியைப் பொறுத்தவரை, உயர்-மின்னழுத்தப் புலத்தில் அதைக் கட்டுப்படுத்துவது கடினம், மேலும் SiC எபிடாக்ஸியின் தரம் SiC சாதனங்களில் பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. மேலும், எபிடாக்ஸியல் உபகரணத் துறையானது, ஆக்சிட்ரான், LPE, TEL மற்றும் நியூஃப்ளேர் ஆகிய நான்கு முன்னணி நிறுவனங்களின் ஏகபோக உரிமையில் உள்ளது.

சிலிக்கான் கார்பைடு எபிடெக்சியல்வேஃபர் என்பது, அசல் சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மீது, குறிப்பிட்ட தேவைகளைக் கொண்டதும் அடி மூலக்கூறு படிகத்தைப் போன்றதுமான ஒரு ஒற்றைப் படிகப் படலம் (எபிடாக்ஸியல் அடுக்கு) வளர்க்கப்படும் ஒரு சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபரைக் குறிக்கிறது. எபிடாக்ஸியல் வளர்ச்சிக்கு முக்கியமாக CVD (வேதியியல் ஆவிப் படிவு) அல்லது MBE (மூலக்கூறு கற்றை எபிடாக்ஸி) கருவிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்கள் நேரடியாக எபிடாக்ஸியல் அடுக்கில் தயாரிக்கப்படுவதால், எபிடாக்ஸியல் அடுக்கின் தரம் சாதனத்தின் செயல்திறனையும் உற்பத்தி அளவையும் நேரடியாகப் பாதிக்கிறது. சாதனத்தின் மின்னழுத்தத் தாங்கும் செயல்திறன் தொடர்ந்து அதிகரிக்கும்போது, ​​அதற்கேற்ற எபிடாக்ஸியல் அடுக்கின் தடிமனும் அதிகரிக்கிறது, மேலும் அதைக் கட்டுப்படுத்துவதும் கடினமாகிறது. பொதுவாக, மின்னழுத்தம் சுமார் 600V ஆக இருக்கும்போது, ​​தேவைப்படும் எபிடாக்ஸியல் அடுக்கின் தடிமன் சுமார் 6 மைக்ரான் ஆகும்; மின்னழுத்தம் 1200-1700V க்கு இடையில் இருக்கும்போது, ​​தேவைப்படும் எபிடாக்ஸியல் அடுக்கின் தடிமன் 10-15 மைக்ரான்களை அடைகிறது. மின்னழுத்தம் 10,000 வோல்ட்டுகளுக்கு மேல் சென்றால், 100 மைக்ரான்களுக்கு மேல் தடிமன் கொண்ட எபிடாக்ஸியல் அடுக்கு தேவைப்படலாம். புறப்பரப்பு அடுக்கின் தடிமன் தொடர்ந்து அதிகரிக்கும்போது, ​​அதன் தடிமன், மின்தடை மற்றும் குறைபாட்டு அடர்த்தி ஆகியவற்றின் சீரான தன்மையைக் கட்டுப்படுத்துவது மிகவும் கடினமாகிறது.

SiC சாதனங்கள்: சர்வதேச அளவில், 600~1700V SiC SBD மற்றும் MOSFET ஆகியவை தொழில்மயமாக்கப்பட்டுள்ளன. முக்கிய தயாரிப்புகள் 1200V-க்குக் குறைவான மின்னழுத்த நிலைகளில் இயங்குகின்றன மற்றும் முதன்மையாக TO பேக்கேஜிங்கைப் பயன்படுத்துகின்றன. விலையைப் பொறுத்தவரை, சர்வதேச சந்தையில் உள்ள SiC தயாரிப்புகளின் விலை, அவற்றின் Si தயாரிப்புகளை விட சுமார் 5-6 மடங்கு அதிகமாக உள்ளது. இருப்பினும், விலைகள் ஆண்டுக்கு 10% என்ற விகிதத்தில் குறைந்து வருகின்றன. அடுத்த 2-3 ஆண்டுகளில் மூலப்பொருட்கள் மற்றும் சாதன உற்பத்தியின் விரிவாக்கத்தால், சந்தை வழங்கல் அதிகரித்து, மேலும் விலைக் குறைப்புகளுக்கு வழிவகுக்கும். விலையானது Si தயாரிப்புகளின் விலையை விட 2-3 மடங்கு உயரும்போது, ​​குறைக்கப்பட்ட அமைப்புச் செலவுகள் மற்றும் மேம்பட்ட செயல்திறனால் கிடைக்கும் நன்மைகள், படிப்படியாக SiC-ஐ Si சாதனங்களின் சந்தை இடத்தை ஆக்கிரமிக்கத் தூண்டும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
பாரம்பரிய பேக்கேஜிங் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான அடி மூலக்கூறுகளைச் சார்ந்தது, ஆனால் மூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திப் பொருட்களுக்கு முற்றிலும் புதிய வடிவமைப்பு தேவைப்படுகிறது. அகன்ற பட்டை இடைவெளி கொண்ட ஆற்றல் சாதனங்களுக்கு பாரம்பரிய சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பேக்கேஜிங் கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவது, அதிர்வெண், வெப்ப மேலாண்மை மற்றும் நம்பகத்தன்மை தொடர்பான புதிய சிக்கல்களையும் சவால்களையும் அறிமுகப்படுத்தக்கூடும். SiC ஆற்றல் சாதனங்கள் தேவையற்ற மின்தேக்கம் மற்றும் மின்தூண்டலுக்கு அதிக உணர்திறன் கொண்டவை. Si சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​SiC ஆற்றல் சில்லுகள் வேகமான நிலைமாற்ற வேகங்களைக் கொண்டுள்ளன, இது மிகைப்பாய்வு, அலைவு, அதிகரித்த நிலைமாற்ற இழப்புகள் மற்றும் சாதனச் செயலிழப்புகளுக்குக் கூட வழிவகுக்கும். மேலும், SiC ஆற்றல் சாதனங்கள் அதிக வெப்பநிலையில் இயங்குவதால், மிகவும் மேம்பட்ட வெப்ப மேலாண்மை நுட்பங்கள் தேவைப்படுகின்றன.

அகன்ற பட்டை இடைவெளி குறைக்கடத்தி ஆற்றல் பேக்கேஜிங் துறையில் பல்வேறு வகையான கட்டமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. பாரம்பரிய சிலிக்கான் (Si) அடிப்படையிலான ஆற்றல் தொகுதி பேக்கேஜிங் இனி பொருத்தமானதாக இல்லை. பாரம்பரிய சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆற்றல் தொகுதி பேக்கேஜிங்கின் அதிக ஒட்டுண்ணி அளவுருக்கள் மற்றும் மோசமான வெப்பச் சிதறல் செயல்திறன் போன்ற சிக்கல்களைத் தீர்க்கும் பொருட்டு, SiC ஆற்றல் தொகுதி பேக்கேஜிங் அதன் கட்டமைப்பில் கம்பியில்லா இணைப்பு மற்றும் இருபக்க குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. மேலும், சிறந்த வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட அடி மூலக்கூறு பொருட்களையும் பயன்படுத்துகிறது. அத்துடன், பிரிப்பு மின்தேக்கிகள், வெப்பநிலை/மின்னோட்ட உணர்விகள் மற்றும் இயக்கச் சுற்றுகளை தொகுதி கட்டமைப்பில் ஒருங்கிணைக்க முயற்சி செய்து, பல்வேறு வகையான தொகுதி பேக்கேஜிங் தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்கியுள்ளது. மேலும், SiC சாதன உற்பத்தியில் உயர் தொழில்நுட்பத் தடைகள் உள்ளன மற்றும் உற்பத்திச் செலவுகளும் அதிகமாக உள்ளன.

சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்கள், CVD (வேதியியல் ஆவிப் படிவு) மூலம் ஒரு சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மீது எபிடெக்சியல் அடுக்குகளைப் படியவைப்பதன் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. இந்தச் செயல்முறையில், SiC ஒற்றைப் படிக அடி மூலக்கூறின் மீது சாதனத்தின் கட்டமைப்பை உருவாக்குவதற்காக, சுத்தம் செய்தல், ஆக்சிஜனேற்றம், ஒளிக்கல்லச்சு, அரித்தல், ஒளித்தடையை அகற்றுதல், அயனிப் பதியவைத்தல், சிலிக்கான் நைட்ரைடின் வேதி ஆவிப் படிவு, மெருகூட்டுதல், சிதறடித்தல் மற்றும் அதைத் தொடர்ந்த செயலாக்கப் படிகள் ஆகியவை அடங்கும். SiC ஆற்றல் சாதனங்களின் முக்கிய வகைகளில் SiC டையோடுகள், SiC டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் SiC ஆற்றல் தொகுதிகள் ஆகியவை அடங்கும். மூலப்பொருட்களின் மெதுவான உற்பத்தி வேகம் மற்றும் குறைந்த விளைச்சல் விகிதங்கள் போன்ற காரணிகளால், சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்கள் ஒப்பீட்டளவில் அதிக உற்பத்திச் செலவுகளைக் கொண்டுள்ளன.

மேலும், சிலிக்கான் கார்பைடு சாதன உற்பத்தியில் சில தொழில்நுட்பச் சிக்கல்கள் உள்ளன:

1) சிலிக்கான் கார்பைடு பொருட்களின் பண்புகளுக்கு ஏற்ற ஒரு குறிப்பிட்ட செயல்முறையை உருவாக்குவது அவசியம். எடுத்துக்காட்டாக: SiC அதிக உருகுநிலையைக் கொண்டிருப்பதால், பாரம்பரிய வெப்பப் பரவல் முறை பயனற்றதாகிறது. அயனி உட்புகுத்தல் கலப்பு முறையைப் பயன்படுத்துவதும், வெப்பநிலை, வெப்பமூட்டும் வீதம், கால அளவு மற்றும் வாயு ஓட்டம் போன்ற அளவுருக்களைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்துவதும் அவசியமாகும்; SiC வேதி கரைப்பான்களுடன் வினைபுரியாத தன்மையுடையது. உலர் அரித்தல் போன்ற முறைகளைப் பயன்படுத்த வேண்டும், மேலும் மறைப்புப் பொருட்கள், வாயு கலவைகள், பக்கச்சுவர் சரிவின் கட்டுப்பாடு, அரித்தல் வீதம், பக்கச்சுவர் சொரசொரப்பு போன்றவை உகந்ததாக்கப்பட்டு மேம்படுத்தப்பட வேண்டும்;
2) சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபர்களில் உலோக மின்முனைகளைத் தயாரிப்பதற்கு 10-5Ω2-க்குக் குறைவான தொடுப்பு மின்தடை தேவைப்படுகிறது. இந்தத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும் மின்முனைப் பொருட்களான Ni மற்றும் Al, 100°C-க்கு மேல் மோசமான வெப்ப நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் Al/Ni சிறந்த வெப்ப நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது. /W/Au கலப்பு மின்முனைப் பொருளின் தொடுப்பு தன்மின்தடை 10-3Ω2 அதிகமாக உள்ளது;
3) SiC அதிக வெட்டுத் தேய்மானத்தைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் SiC-இன் கடினத்தன்மை வைரத்திற்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது. இது வெட்டுதல், அரைத்தல், மெருகூட்டுதல் மற்றும் பிற தொழில்நுட்பங்களுக்கு உயர் தேவைகளை முன்வைக்கிறது.

மேலும், டிரென்ச் சிலிக்கான் கார்பைடு பவர் சாதனங்களைத் தயாரிப்பது மிகவும் கடினம். வெவ்வேறு சாதனக் கட்டமைப்புகளின்படி, சிலிக்கான் கார்பைடு பவர் சாதனங்களை முக்கியமாக பிளானர் சாதனங்கள் மற்றும் டிரென்ச் சாதனங்கள் எனப் பிரிக்கலாம். பிளானர் சிலிக்கான் கார்பைடு பவர் சாதனங்கள் நல்ல யூனிட் நிலைத்தன்மையையும் எளிமையான உற்பத்தி செயல்முறையையும் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவை JFET விளைவுக்கு ஆளாகக்கூடியவை மற்றும் அதிக பாராசிட்டிக் கெப்பாசிட்டன்ஸ் மற்றும் ஆன்-ஸ்டேட் ரெசிஸ்டன்ஸைக் கொண்டுள்ளன. பிளானர் சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​டிரென்ச் சிலிக்கான் கார்பைடு பவர் சாதனங்கள் குறைந்த யூனிட் நிலைத்தன்மையையும் மிகவும் சிக்கலான உற்பத்தி செயல்முறையையும் கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், டிரென்ச் கட்டமைப்பு சாதன யூனிட் அடர்த்தியை அதிகரிக்க உகந்தது மற்றும் JFET விளைவை உருவாக்கும் வாய்ப்பு குறைவு, இது சேனல் மொபிலிட்டி சிக்கலைத் தீர்க்கப் பயனளிக்கிறது. இது குறைந்த ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ், குறைந்த பாராசிட்டிக் கெப்பாசிட்டன்ஸ் மற்றும் குறைந்த ஸ்விட்சிங் ஆற்றல் நுகர்வு போன்ற சிறந்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. இது குறிப்பிடத்தக்க செலவு மற்றும் செயல்திறன் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு பவர் சாதனங்களின் வளர்ச்சியின் முக்கிய திசையாக மாறியுள்ளது. ரோம் அதிகாரப்பூர்வ வலைத்தளத்தின்படி, ரோம் ஜென்3 கட்டமைப்பு (ஜென்1 டிரென்ச் கட்டமைப்பு) ஜென்2 (பிளானர்2) சிப் பரப்பளவில் 75% மட்டுமே ஆகும், மேலும் அதே சிப் அளவில் ரோம் ஜென்3 கட்டமைப்பின் ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ் 50% குறைக்கப்பட்டுள்ளது.

சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்களின் உற்பத்திச் செலவில், சிலிக்கான் கார்பைடு அடிமூலக்கூறு, எபிடாக்ஸி, முன்முனை, ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டுச் செலவுகள் மற்றும் இதர செலவுகள் முறையே 47%, 23%, 19%, 6% மற்றும் 5% ஆகும்.

இறுதியாக, சிலிக்கான் கார்பைடு தொழிற் சங்கிலியில் உள்ள மூலப்பொருள்களின் தொழில்நுட்பத் தடைகளை உடைப்பதில் நாம் கவனம் செலுத்துவோம்.

சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுகளின் உற்பத்தி செயல்முறை, சிலிக்கான் அடிப்படையிலான அடி மூலக்கூறுகளின் உற்பத்தி செயல்முறையை ஒத்திருந்தாலும், அது மிகவும் கடினமானது.
சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் உற்பத்திச் செயல்முறையானது பொதுவாக மூலப்பொருள் தொகுப்பு, படிக வளர்ச்சி, வார்ப்புப் பதப்படுத்துதல், வார்ப்பு வெட்டுதல், தகடு அரைத்தல், மெருகூட்டுதல், சுத்தம் செய்தல் மற்றும் பிற படிநிலைகளை உள்ளடக்கியுள்ளது.
படிக வளர்ச்சி நிலை என்பது முழு செயல்முறையின் மையமாகும், மேலும் இந்தப் படிநிலையே சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மின் பண்புகளைத் தீர்மானிக்கிறது.

சாதாரண சூழ்நிலைகளில் திரவ நிலையில் சிலிக்கான் கார்பைடு பொருட்களை வளர்ப்பது கடினம். இன்று சந்தையில் பிரபலமாக உள்ள ஆவி நிலை வளர்ச்சி முறையானது 2300°C-க்கு மேற்பட்ட வளர்ச்சி வெப்பநிலையைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் வளர்ச்சி வெப்பநிலையின் துல்லியமான கட்டுப்பாடு தேவைப்படுகிறது. முழு செயல்பாட்டு செயல்முறையையும் கண்காணிப்பது கிட்டத்தட்ட கடினம். ஒரு சிறிய பிழை கூட தயாரிப்பு வீணாவதற்கு வழிவகுக்கும். ஒப்பிடுகையில், சிலிக்கான் பொருட்களுக்கு 1600℃ மட்டுமே தேவைப்படுகிறது, இது மிகவும் குறைவானதாகும். சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுகளைத் தயாரிப்பதிலும், மெதுவான படிக வளர்ச்சி மற்றும் உயர் படிக வடிவத் தேவைகள் போன்ற சிரமங்கள் உள்ளன. சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபர் வளர்ச்சிக்கு சுமார் 7 முதல் 10 நாட்கள் ஆகும், அதேசமயம் சிலிக்கான் தண்டு இழுப்பதற்கு இரண்டரை நாட்கள் மட்டுமே ஆகும். மேலும், சிலிக்கான் கார்பைடு என்பது வைரத்திற்கு அடுத்தபடியாக கடினத்தன்மை கொண்ட ஒரு பொருளாகும். வெட்டுதல், அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டுதல் ஆகியவற்றின் போது அது அதிக கடினத்தன்மையை இழக்கும், மேலும் அதன் வெளியீட்டு விகிதம் 60% மட்டுமே.

சிலிக்கான் கார்பைடு தளங்களின் அளவை அதிகரிப்பதே தற்போதைய போக்கு என்பதை நாம் அறிவோம். அளவு தொடர்ந்து அதிகரிக்கும்போது, ​​விட்டம் விரிவாக்கத் தொழில்நுட்பத்திற்கான தேவைகளும் மேலும் மேலும் அதிகரித்து வருகின்றன. படிகங்களின் தொடர் வளர்ச்சியை அடைவதற்கு, பல்வேறு தொழில்நுட்பக் கட்டுப்பாட்டுக் கூறுகளின் ஒருங்கிணைப்பு தேவைப்படுகிறது.