సెమీకండక్టర్ భాగాలు – SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్

మెటల్-ఆర్గానిక్ కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (MOCVD) పరికరాలలో సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు ఆధారాన్ని ఇవ్వడానికి మరియు వాటిని వేడి చేయడానికి SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్‌లను సాధారణంగా ఉపయోగిస్తారు. SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వం, ఉష్ణ ఏకరూపత మరియు ఇతర పనితీరు పారామితులు ఎపిటాక్సియల్ పదార్థ వృద్ధి నాణ్యతలో నిర్ణయాత్మక పాత్ర పోషిస్తాయి, కాబట్టి ఇది MOCVD పరికరాలలో ప్రధాన కీలక భాగం.

వేఫర్ తయారీ ప్రక్రియలో, పరికరాల తయారీని సులభతరం చేయడానికి కొన్ని వేఫర్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై ఎపిటాక్సియల్ పొరలను నిర్మిస్తారు. సాధారణ LED కాంతి-ఉద్గార పరికరాలకు సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై GaAs యొక్క ఎపిటాక్సియల్ పొరలను తయారు చేయవలసి ఉంటుంది; అధిక వోల్టేజ్, అధిక కరెంట్ మరియు ఇతర పవర్ అనువర్తనాల కోసం SBD, MOSFET మొదలైన పరికరాల నిర్మాణానికి వాహక SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌పై SiC ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచుతారు; కమ్యూనికేషన్ వంటి RF అనువర్తనాల కోసం HEMT మరియు ఇతర పరికరాలను మరింతగా నిర్మించడానికి సెమీ-ఇన్సులేటెడ్ SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌పై GaN ఎపిటాక్సియల్ పొరను నిర్మిస్తారు. ఈ ప్రక్రియ CVD పరికరాల నుండి విడదీయరానిది.

CVD పరికరంలో, ఎపిటాక్సియల్ డిపోజిషన్ కోసం సబ్‌స్ట్రేట్‌ను నేరుగా లోహంపై లేదా కేవలం ఒక బేస్‌పై ఉంచడం కుదరదు, ఎందుకంటే ఇందులో వాయు ప్రవాహం (క్షితిజ సమాంతర, నిలువు), ఉష్ణోగ్రత, పీడనం, స్థిరీకరణ, కాలుష్య కారకాల విడుదల మరియు ఇతర ప్రభావ కారకాలు ఉంటాయి. అందువల్ల, ఒక బేస్ అవసరం, ఆ తర్వాత సబ్‌స్ట్రేట్‌ను డిస్క్‌పై ఉంచి, ఆపై CVD టెక్నాలజీని ఉపయోగించి సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఎపిటాక్సియల్ డిపోజిషన్ నిర్వహిస్తారు, మరియు ఈ బేస్ SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ (దీనిని ట్రే అని కూడా పిలుస్తారు).

మెటల్-ఆర్గానిక్ కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (MOCVD) పరికరాలలో సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు ఆధారాన్ని ఇవ్వడానికి మరియు వాటిని వేడి చేయడానికి SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్‌లను సాధారణంగా ఉపయోగిస్తారు. SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వం, ఉష్ణ ఏకరూపత మరియు ఇతర పనితీరు పారామితులు ఎపిటాక్సియల్ పదార్థ వృద్ధి నాణ్యతలో నిర్ణయాత్మక పాత్ర పోషిస్తాయి, కాబట్టి ఇది MOCVD పరికరాలలో ప్రధాన కీలక భాగం.

బ్లూ LEDలలో GaN ఫిల్మ్‌ల ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధికి మెటల్-ఆర్గానిక్ కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (MOCVD) అనేది ప్రధాన సాంకేతికత. దీనికి సులభమైన నిర్వహణ, నియంత్రించదగిన వృద్ధి రేటు మరియు GaN ఫిల్మ్‌ల అధిక స్వచ్ఛత వంటి ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. MOCVD పరికరాల రియాక్షన్ ఛాంబర్‌లో ఒక ముఖ్యమైన భాగంగా, GaN ఫిల్మ్ ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధికి ఉపయోగించే బేరింగ్ బేస్‌కు అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత, ఏకరీతి ఉష్ణ వాహకత, మంచి రసాయన స్థిరత్వం, బలమైన థర్మల్ షాక్ నిరోధకత మొదలైన ప్రయోజనాలు ఉండాలి. గ్రాఫైట్ పదార్థం పై షరతులను నెరవేర్చగలదు.

MOCVD పరికరాలలోని ప్రధాన భాగాలలో ఒకటైన గ్రాఫైట్ బేస్, సబ్‌స్ట్రేట్‌కు వాహకంగా మరియు తాపన పదార్థంగా పనిచేస్తుంది. ఇది ఫిల్మ్ పదార్థం యొక్క ఏకరూపతను మరియు స్వచ్ఛతను నేరుగా నిర్ధారిస్తుంది, కాబట్టి దీని నాణ్యత ఎపిటాక్సియల్ షీట్ తయారీని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది. అదే సమయంలో, వినియోగ వస్తువుల వర్గానికి చెందిన దీని వాడకం పెరగడం మరియు పని పరిస్థితులు మారడంతో, ఇది చాలా సులభంగా అరిగిపోతుంది.

గ్రాఫైట్‌కు అద్భుతమైన ఉష్ణ వాహకత మరియు స్థిరత్వం ఉన్నప్పటికీ, MOCVD పరికరాలలో ఇది ఒక ఆధార భాగం కావడం వల్ల మంచి ప్రయోజనం ఉంది. కానీ ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, క్షయకారక వాయువులు మరియు లోహ సేంద్రీయ పదార్థాల అవశేషాల కారణంగా గ్రాఫైట్ పొడి క్షయం చెందుతుంది, దీనివల్ల గ్రాఫైట్ ఆధారం యొక్క సేవా జీవితం బాగా తగ్గిపోతుంది. అదే సమయంలో, రాలిపడే గ్రాఫైట్ పొడి చిప్‌ను కలుషితం చేస్తుంది.

కోటింగ్ టెక్నాలజీ ఆవిర్భావం ఉపరితల పౌడర్ స్థిరీకరణను అందించడం, ఉష్ణ వాహకతను పెంచడం మరియు ఉష్ణ పంపిణీని సమం చేయడం వంటివి చేయగలదు, ఇది ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి ప్రధాన సాంకేతికతగా మారింది. MOCVD పరికరాల వినియోగ వాతావరణంలో గ్రాఫైట్ బేస్ ఉపరితల కోటింగ్ కింది లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి:

(1) గ్రాఫైట్ బేస్ పూర్తిగా చుట్టబడి ఉండాలి మరియు సాంద్రత బాగుండాలి, లేకపోతే గ్రాఫైట్ బేస్ తినివేసే వాయువులో సులభంగా క్షయం చెందుతుంది.

(2) గ్రాఫైట్ ఆధారంతో కలయిక బలం ఎక్కువగా ఉండటం వలన, అనేక అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత చక్రాల తర్వాత కూడా పూత సులభంగా ఊడిపోకుండా ఉంటుంది.

(3) అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు క్షయకారక వాతావరణంలో పూత వైఫల్యాన్ని నివారించడానికి దీనికి మంచి రసాయన స్థిరత్వం ఉంది.

SiC తుప్పు నిరోధకత, అధిక ఉష్ణ వాహకత, ఉష్ణఘాత నిరోధకత మరియు అధిక రసాయన స్థిరత్వం వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది మరియు GaN ఎపిటాక్సియల్ వాతావరణంలో బాగా పనిచేయగలదు. అదనంగా, SiC యొక్క ఉష్ణ వ్యాకోచ గుణకం గ్రాఫైట్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, కాబట్టి గ్రాఫైట్ బేస్ యొక్క ఉపరితల పూతకు SiC ఒక ప్రాధాన్యత గల పదార్థం.

ప్రస్తుతం, సాధారణ SiC ప్రధానంగా 3C, 4H మరియు 6H రకాలుగా ఉంటుంది, మరియు వివిధ క్రిస్టల్ రకాల SiC ఉపయోగాలు కూడా విభిన్నంగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, 4H-SiCతో అధిక-శక్తి పరికరాలను తయారు చేయవచ్చు; 6H-SiC అత్యంత స్థిరమైనది మరియు కాంతి విద్యుత్ పరికరాలను తయారు చేయగలదు; GaNతో దాని సారూప్య నిర్మాణం కారణంగా, 3C-SiCని GaN ఎపిటాక్సియల్ పొరను ఉత్పత్తి చేయడానికి మరియు SiC-GaN RF పరికరాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు. 3C-SiCని సాధారణంగా β-SiC అని కూడా పిలుస్తారు, మరియు β-SiC యొక్క ముఖ్యమైన ఉపయోగం ఫిల్మ్ మరియు కోటింగ్ మెటీరియల్‌గా ఉండటం, కాబట్టి ప్రస్తుతం β-SiC కోటింగ్ కోసం ప్రధాన మెటీరియల్‌గా ఉంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పూతను తయారుచేసే పద్ధతి

ప్రస్తుతం, SiC పూత తయారీ పద్ధతులలో ప్రధానంగా జెల్-సోల్ పద్ధతి, ఎంబెడ్డింగ్ పద్ధతి, బ్రష్ కోటింగ్ పద్ధతి, ప్లాస్మా స్ప్రేయింగ్ పద్ధతి, కెమికల్ గ్యాస్ రియాక్షన్ పద్ధతి (CVR) మరియు కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ పద్ధతి (CVD) ఉన్నాయి.

ఎంబెడ్డింగ్ పద్ధతి:

ఈ పద్ధతి ఒక రకమైన అధిక ఉష్ణోగ్రత ఘన దశ సింటరింగ్. ఇందులో ప్రధానంగా Si పౌడర్ మరియు C పౌడర్ మిశ్రమాన్ని ఎంబెడింగ్ పౌడర్‌గా ఉపయోగిస్తారు. గ్రాఫైట్ మ్యాట్రిక్స్‌ను ఈ ఎంబెడింగ్ పౌడర్‌లో ఉంచి, జడ వాయువులో అధిక ఉష్ణోగ్రత సింటరింగ్ నిర్వహిస్తారు, చివరికి గ్రాఫైట్ మ్యాట్రిక్స్ ఉపరితలంపై SiC కోటింగ్‌ను పొందుతారు. ఈ ప్రక్రియ సరళమైనది మరియు కోటింగ్, సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య కలయిక బాగుంటుంది, కానీ మందం దిశలో కోటింగ్ యొక్క ఏకరూపత తక్కువగా ఉంటుంది. దీనివల్ల ఎక్కువ రంధ్రాలు ఏర్పడటం సులభం మరియు ఆక్సీకరణ నిరోధకత కూడా తగ్గుతుంది.

బ్రష్ కోటింగ్ పద్ధతి:

బ్రష్ కోటింగ్ పద్ధతిలో ప్రధానంగా ద్రవ ముడి పదార్థాన్ని గ్రాఫైట్ మాతృక ఉపరితలంపై బ్రష్‌తో పూసి, ఆపై ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఆ ముడి పదార్థాన్ని గట్టిపరిచి కోటింగ్‌ను తయారు చేస్తారు. ఈ ప్రక్రియ సరళమైనది మరియు ఖర్చు తక్కువ, కానీ బ్రష్ కోటింగ్ పద్ధతి ద్వారా తయారు చేసిన కోటింగ్, ఆధార పదార్థంతో కలవడంలో బలహీనంగా ఉంటుంది, కోటింగ్ ఏకరూపత తక్కువగా ఉంటుంది, కోటింగ్ పలుచగా ఉంటుంది మరియు ఆక్సీకరణ నిరోధకత తక్కువగా ఉంటుంది, అందువల్ల దీనికి సహాయపడటానికి ఇతర పద్ధతులు అవసరం.

ప్లాస్మా స్ప్రేయింగ్ పద్ధతి:

ప్లాస్మా స్ప్రేయింగ్ పద్ధతిలో ప్రధానంగా, కరిగిన లేదా పాక్షికంగా కరిగిన ముడి పదార్థాలను ప్లాస్మా గన్‌తో గ్రాఫైట్ మాతృక ఉపరితలంపై స్ప్రే చేసి, ఆపై వాటిని ఘనీభవించి, బంధించి ఒక పూతను ఏర్పరుస్తారు. ఈ పద్ధతిని నిర్వహించడం సులభం మరియు ఇది సాపేక్షంగా దట్టమైన సిలికాన్ కార్బైడ్ పూతను తయారు చేయగలదు, కానీ ఈ పద్ధతి ద్వారా తయారు చేయబడిన సిలికాన్ కార్బైడ్ పూత తరచుగా చాలా బలహీనంగా ఉండి, ఆక్సీకరణ నిరోధకత తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, పూత నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి దీనిని సాధారణంగా SiC కాంపోజిట్ పూత తయారీకి ఉపయోగిస్తారు.

జెల్-సోల్ పద్ధతి:

జెల్-సోల్ పద్ధతి ప్రధానంగా మాతృక యొక్క ఉపరితలాన్ని కప్పి ఉంచే ఏకరీతి మరియు పారదర్శక సోల్ ద్రావణాన్ని తయారుచేసి, దానిని జెల్‌గా ఆరబెట్టి, ఆపై పూతను పొందడానికి సింటరింగ్ చేయడం ద్వారా జరుగుతుంది. ఈ పద్ధతి నిర్వహించడానికి సులభమైనది మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడుకున్నది, కానీ దీని ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన పూతకు తక్కువ ఉష్ణఘాత నిరోధకత మరియు సులభంగా పగుళ్లు రావడం వంటి కొన్ని లోపాలు ఉన్నాయి, కాబట్టి దీనిని విస్తృతంగా ఉపయోగించలేరు.

రసాయన వాయు ప్రతిచర్య (CVR) :

CVR ప్రధానంగా Si మరియు SiO2 పొడిని ఉపయోగించి అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద SiO ఆవిరిని ఉత్పత్తి చేయడం ద్వారా SiC పూతను తయారు చేస్తుంది, మరియు C పదార్థపు ఆధారపదార్థం యొక్క ఉపరితలంపై వరుస రసాయన చర్యలు జరుగుతాయి. ఈ పద్ధతి ద్వారా తయారు చేయబడిన SiC పూత ఆధారపదార్థానికి గట్టిగా అతుక్కుంటుంది, కానీ చర్య ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఖర్చు కూడా అధికంగా ఉంటుంది.

రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) :

ప్రస్తుతం, సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై SiC పూతను తయారు చేయడానికి CVD ప్రధాన సాంకేతికతగా ఉంది. దీని ప్రధాన ప్రక్రియ ఏమిటంటే, సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై వాయు స్థితిలో ఉన్న రియాక్టెంట్ పదార్థం యొక్క భౌతిక మరియు రసాయన చర్యల శ్రేణిని జరిపి, చివరకు దానిని సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై నిక్షేపించడం ద్వారా SiC పూతను తయారు చేయడం. CVD సాంకేతికత ద్వారా తయారు చేయబడిన SiC పూత సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలానికి గట్టిగా అతుక్కుంటుంది, ఇది సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థం యొక్క ఆక్సీకరణ నిరోధకతను మరియు అబ్లేటివ్ నిరోధకతను సమర్థవంతంగా మెరుగుపరుస్తుంది. అయితే, ఈ పద్ధతిలో పూత వేయడానికి ఎక్కువ సమయం పడుతుంది మరియు దీనిలోని చర్య వాయువులో కొంత విషపూరిత వాయువు ఉంటుంది.

SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ యొక్క మార్కెట్ పరిస్థితి

విదేశీ తయారీదారులు ముందుగా ప్రారంభించినప్పుడు, వారికి స్పష్టమైన ఆధిక్యం మరియు అధిక మార్కెట్ వాటా ఉండేది. అంతర్జాతీయంగా, SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ యొక్క ప్రధాన సరఫరాదారులు డచ్ Xycard, జర్మనీ SGL కార్బన్ (SGL), జపాన్ టోయో కార్బన్, యునైటెడ్ స్టేట్స్ MEMC మరియు ఇతర కంపెనీలు, ఇవి ప్రాథమికంగా అంతర్జాతీయ మార్కెట్‌ను ఆక్రమించాయి. గ్రాఫైట్ మ్యాట్రిక్స్ ఉపరితలంపై SiC పూత యొక్క ఏకరీతి పెరుగుదల అనే కీలకమైన ప్రధాన సాంకేతికతను చైనా సాధించినప్పటికీ, అధిక-నాణ్యత గల గ్రాఫైట్ మ్యాట్రిక్స్ ఇప్పటికీ జర్మన్ SGL, జపాన్ టోయో కార్బన్ మరియు ఇతర సంస్థలపై ఆధారపడి ఉంది. దేశీయ సంస్థలు అందించే గ్రాఫైట్ మ్యాట్రిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత, స్థితిస్థాపక గుణకం, దృఢత్వ గుణకం, జాలక లోపాలు మరియు ఇతర నాణ్యతా సమస్యల కారణంగా దాని సేవా జీవితం ప్రభావితమవుతుంది. MOCVD పరికరాలు SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ వినియోగ అవసరాలను తీర్చలేవు.

చైనా సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోంది. MOCVD ఎపిటాక్సియల్ పరికరాల స్థానికీకరణ రేటు క్రమంగా పెరగడం, ఇతర ప్రాసెస్ అప్లికేషన్ల విస్తరణతో, భవిష్యత్తులో SiC కోటెడ్ గ్రాఫైట్ బేస్ ఉత్పత్తి మార్కెట్ వేగంగా వృద్ధి చెందుతుందని అంచనా. ప్రాథమిక పరిశ్రమ అంచనాల ప్రకారం, రాబోయే కొన్నేళ్లలో దేశీయ గ్రాఫైట్ బేస్ మార్కెట్ 500 మిలియన్ యువాన్లను మించిపోతుంది.

SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ అనేది కాంపౌండ్ సెమీకండక్టర్ పారిశ్రామికీకరణ పరికరాలలో ఒక ప్రధాన భాగం. దీని ఉత్పత్తి మరియు తయారీకి సంబంధించిన కీలకమైన ప్రధాన సాంకేతికతపై పట్టు సాధించడం, అలాగే మొత్తం ముడి పదార్థం-ప్రక్రియ-పరికరాల పరిశ్రమ గొలుసు యొక్క స్థానికీకరణను సాకారం చేయడం అనేది చైనా సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ అభివృద్ధిని నిర్ధారించడానికి గొప్ప వ్యూహాత్మక ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంది. దేశీయ SiC పూత పూసిన గ్రాఫైట్ బేస్ రంగం శరవేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోంది మరియు ఉత్పత్తి నాణ్యత త్వరలో అంతర్జాతీయ ఉన్నత స్థాయికి చేరుకోగలదు.