Қабати эпитаксиалӣ як плёнкаи тунуки мушаххаси монокристаллӣ аст, ки дар зеризаминии вафлӣ тавассути раванди эпитаксиалӣ парвариш карда мешавад; вафли зеризаминӣ ва плёнкаи эпитаксиалӣ якҷоя вафли эпитаксиалӣ номида мешаванд. Дар байни инҳо, парвариши қабати эпитаксиалии карбиди кремний дар зеризаминии карбиди силиконии ноқилӣ як вафли эпитаксиалии якхелаи карбиди кремнийро ба вуҷуд меорад, ки онро минбаъд дар дастгоҳҳои барқӣ ба монанди диодҳои Шоттки, MOSFET ва IGBT истеҳсол кардан мумкин аст. Навъи маъмултарини субстрат субстрати 4H-SiC мебошад.
Азбаски қариб ҳамаи дастгоҳҳо дар қабатҳои эпитаксиалӣ истеҳсол карда мешаванд, сифати қабати эпитаксиалӣ ба кори дастгоҳ таъсири назаррас мерасонад. Бо вуҷуди ин, сифати қабати эпитаксиалӣ аз коркарди кристалл ва субстрат таъсир мегирад, ки онро дар марҳилаи муҳим дар саноат қарор медиҳад ва дар рушди он нақши муҳим мебозад.
Усулҳои асосии тайёр кардани қабатҳои эпитаксиалии карбиди кремний иборатанд аз: таҳшинкунии буғӣ; эпитаксии фазаи моеъ (LPE); эпитаксии шуои молекулавӣ (MBE); ва таҳшинкунии буғи кимиёвӣ (CVD). Дар байни инҳо, таҳшинкунии буғи кимиёвӣ (CVD) усули маъмултарин барои эпитаксии якхелаи 4H-SiC мебошад. Эпитаксии CVD 4H-SiC одатан таҷҳизоти CVD-ро истифода мебарад, ки пайвастагии сохтори кристаллии 4H-SiC-ро дар ҳарорати баланди афзоиш таъмин мекунад.
Дар таҷҳизоти CVD, субстратро наметавон мустақиман дар сатҳи металлӣ ё танҳо дар поя барои таҳшинкунии эпитаксиалӣ ҷойгир кард, зеро ин омилҳои гуногуни таъсиррасонро дар бар мегирад, ба монанди самти ҷараёни газ (уфуқӣ, амудӣ), ҳарорат, фишор, фиксатсия ва ифлосшавӣ аз зарраҳои рехташуда. Аз ин рӯ, пояи такягоҳ лозим аст; субстрат дар табақча ҷойгир карда мешавад ва сипас таҳшинкунии эпитаксиалӣ дар поя бо истифода аз технологияи CVD анҷом дода мешавад. Ин пояи такягоҳ пояи графити бо пӯшонидашудаи SiC мебошад.
Ҳамчун як ҷузъи асосӣ, субстрати графит дорои қувваи хоси баланд ва модули хоси он, инчунин муқовимати хуби зарбаи гармӣ ва зангзанӣ мебошад. Аммо, ҳангоми истеҳсол, графит аз сабаби газҳои зангзананда ва пайвастагиҳои боқимондаи органометаллӣ ба зангзанӣ ва рехтани хока дучор мешавад, ки мӯҳлати хизмати субстратро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. Дар айни замон, хокаи графити рехташуда метавонад пораҳои онро олуда кунад. Дар истеҳсоли вафли эпитаксиалии кремний карбид, қонеъ кардани талаботи сахттар барои маводҳои графитӣ торафт душвортар шуда истодааст, ки таҳия ва татбиқи амалии онҳоро ба таври ҷиддӣ маҳдуд мекунад. Дар натиҷа,технологияи рӯйпӯшкунӣҳамчун роҳи ҳал пайдо шудааст.
Афзалиятҳои пӯшишҳои SiC дар саноати нимноқилҳо
Хусусиятҳои физикӣ ва химиявии рӯйпӯшҳо бояд ба талаботи қатъии муқовимат ба ҳарорати баланд ва зангзанӣ ҷавобгӯ бошанд, зеро инҳо мустақиман ба ҳосилнокӣ ва мӯҳлати хизмати маҳсулот таъсир мерасонанд. Маводи SiC дорои қувваи баланд, сахтии баланд, коэффитсиенти пасти васеъшавии гармӣ ва гузариши аълои гармӣ мебошад, ки онро ба маводи сохторӣ ва нимноқилҳои баландҳарорат табдил медиҳад. Ҳангоми истифода ба субстратҳои графитӣ, бартариҳои он инҳоянд:
1) SiC ба зангзанӣ тобовар аст ва метавонад субстрати графитиро пурра дар бар гирад. Зичии баланди он аз осеби газҳои зангзананда пешгирӣ мекунад.
2) SiC дорои гузариши баланди гармӣ ва қувваи мустаҳками пайвастшавӣ бо субстрати графитӣ мебошад, ки кафолат медиҳад, ки ҳатто пас аз давраҳои такрории ҳарорати баланд-паст, рӯйпӯш солим боқӣ мемонад.
3) SiC дорои устувории аълои кимиёвӣ буда, аз вайроншавии рӯйпӯш дар атмосфераи ҳарорати баланд ва зангзананда пешгирӣ мекунад.
Ғайр аз ин, кӯраҳои эпитаксиалӣ, ки аз маводҳои гуногун сохта шудаанд, ба табақчаҳои графитӣ бо хусусиятҳои мушаххаси коршоямӣ ниёз доранд. Коэффисиенти васеъшавии гармии маводи графитӣ бояд бо ҳарорати афзоиши кӯраи эпитаксиалӣ мувофиқ бошад. Масалан, азбаски ҳарорати афзоиш барои эпитаксии карбиди кремний баланд аст, табақчаҳо бо дараҷаи баланди мувофиқати коэффисиенти васеъшавии гармӣ талаб карда мешаванд. Коэффисиенти васеъшавии гармии SiC аз коэффисиенти графит хеле кам фарқ мекунад, ки онро маводи афзалиятнок барои пӯшонидани сатҳи субстратҳои графит мегардонад.
SiC дар шаклҳои сершумори кристаллӣ мавҷуд аст, ки маъмултаринашон айни замон намудҳои 3C, 4H ва 6H мебошанд, ки ҳар кадоме барои истифодаҳои гуногун хизмат мерасонанд. Масалан, 4H-SiC барои истеҳсоли дастгоҳҳои пуриқтидор истифода мешавад; 6H-SiC устувортарин буда, барои истеҳсоли дастгоҳҳои оптоэлектронӣ истифода мешавад; ва 3C-SiC, аз сабаби монандӣ ба GaN, барои истеҳсоли қабатҳои эпитаксиалии GaN барои истеҳсоли дастгоҳҳои RF SiC-GaN истифода мешавад. 3C-SiC инчунин одатан β-SiC номида мешавад. Истифодаи асосии β-SiC ҳамчун маводи тунук ва пӯшиш мебошад; дар натиҷа, β-SiC айни замон маводи асосии истифодашаванда барои пӯшишҳо мебошад.
Ҳамчун як маводи маъмули истеъмолӣ дар истеҳсоли нимноқилҳо, рӯйпӯшҳои SiC асосан дар равандҳо ба монанди омодасозии субстрат, эпитаксия, оксидшавӣ ва диффузия, кандакорӣ ва имплантатсияи ионҳо истифода мешаванд. Хусусиятҳои физикӣ ва химиявии рӯйпӯш бояд ба талаботи қатъии муқовимат ба ҳарорати баланд ва муқовимат ба зангзанӣ ҷавобгӯ бошанд, зеро инҳо мустақиман ба ҳосилнокии маҳсулот ва мӯҳлати хизмат таъсир мерасонанд. Дар натиҷа, омодасозии рӯйпӯшҳои SiC муҳим аст.
Раванди тайёр кардани рӯйпӯшҳои карбидии кремний
Дар айни замон, усулҳои асосии тайёр кардани рӯйпӯшҳои SiC инҳоянд: усули сол-гел, усули ҷойгиркунӣ, рӯйпӯшкунии хасу, пошидани плазма, реаксияи буғи кимиёвӣ (CVR) ва ҷойгиркунии буғи кимиёвӣ (CVD).
Усули ҷойгиркунӣ
Ин усул як навъи синтези ҳолати сахти баландҳарорат аст. Он асосан омехтаи хокаи кремний (Si) ва хокаи карбон (C)-ро ҳамчун хокаи ҷойгиркунӣ истифода мебарад. Субстрати графитӣ дар дохили хокаи ҷойгиркунӣ ҷойгир карда мешавад ва дар ҳарорати баланд дар атмосфераи гази инертӣ синтез карда мешавад ва дар ниҳоят дар сатҳи субстрати графит пӯшиши SiC ба вуҷуд меояд. Ин усул дорои раванди оддӣ ва часпиши хуб байни пӯшиш ва субстрат мебошад; аммо, пӯшиш дар самти ғафсӣ якрангии заифро нишон медиҳад ва ба пайдоиши сӯрохиҳои сершумор майл дорад, ки боиси муқовимати заифи оксидшавӣ мегардад.
Усули пӯшонидани хасу
Усули рӯйпӯшкунии хасу асосан аз молидани ашёи хоми моеъ ба сатҳи таҳкурсии графит ва сипас хушк кардани мавод дар ҳарорати муайян барои ташаккули рӯйпӯш иборат аст. Ин усул содда ва аз ҷиҳати хароҷот самаранок аст; аммо, рӯйпӯши ҳосилшуда часпиши суст ба таҳкурсӣ, якрангии заиф ва нисбатан тунук бо муқовимати пасти оксидшавӣ дорад, ки усулҳои иловагиро талаб мекунад.
Усули пошидани плазма
Усули пошидани плазма истифодаи таппончаи плазмаро барои пошидани ашёи хоми гудохта ё нимгудохта ба сатҳи субстрати графит дар бар мегирад, ки сипас сахт мешавад ва ба ҳам пайваст шуда, рӯйпӯшро ташкил медиҳад. Ин усул барои кор кардан содда аст ва метавонад рӯйпӯшҳои нисбатан зичи карбиди кремнийро истеҳсол кунад; аммо, рӯйпӯшҳои ҳосилшуда аксар вақт хеле тунуканд, ки боиси муқовимати сусти оксидшавӣ мегардад. Аз ин рӯ, он одатан дар тайёр кардани рӯйпӯшҳои композитии SiC барои беҳтар кардани сифати рӯйпӯш истифода мешавад.
Усули гел-сол
Усули гел-сол асосан аз тайёр кардани маҳлули якхела ва шаффофи сол барои пӯшонидани сатҳи субстрат иборат аст. Пас аз хушк шудан ба гел, мавод барои ташкили рӯйпӯш синтер карда мешавад. Ин усул барои кор кардан содда ва нисбатан арзон аст; аммо, рӯйпӯшҳои ҳосилшуда аз камбудиҳо, аз қабили муқовимати пасти зарбаи гармӣ ва майли кафидан азият мекашанд, ки истифодаи васеъи онҳоро маҳдуд мекунад.
Усули реаксияи буғи кимиёвӣ (CVR)
CVR асосан аз хокаҳои Si ва SiO₂ барои тавлиди буғи SiO₂ дар ҳарорати баланд истифода мебарад ва як қатор аксуламалҳои кимиёвиро дар сатҳи субстрати Si барои ташкили рӯйпӯши SiC ба вуҷуд меорад. Рӯйпӯши SiC, ки бо ин усул истеҳсол мешавад, ба субстрат сахт часпида мешавад; аммо, ҳарорати реаксия баланд аст ва арзиш низ нисбатан баланд аст.
Андозагирии буғи кимиёвӣ (CVD)
CVD айни замон технологияи асосии тайёр кардани рӯйпӯшҳои SiC дар сатҳҳои зеризаминӣ мебошад. Раванди асосӣ як қатор аксуламалҳои физикию химиявиро байни реактивҳои газӣ ва сатҳи зеризаминӣ дар бар мегирад, ки дар ниҳоят ба пайдоиши рӯйпӯши SiC оварда мерасонад. Рӯйпӯшҳои SiC, ки бо технологияи CVD истеҳсол мешаванд, ба сатҳи зеризаминӣ сахт часпида, метавонанд муқовимати оксидшавӣ ва муқовимати аблятсияи маводи зеризаминиро самаранок беҳтар кунанд; аммо, ин усул вақти нисбатан тӯлонии ҷойгиркуниро талаб мекунад ва газҳои реаксия дорои баъзе ҷузъҳои заҳролуд мебошанд.
Тамоюлҳо дар рӯйпӯшҳои SiC
Рӯйпӯшҳои SiC асосан ҳамчун маводи истеъмолӣ дар истеҳсоли нимноқилҳо истифода мешаванд ва нишондиҳандаҳои асосии самаранокӣ якрангии рӯйпӯш, коэффитсиенти васеъшавии гармӣ ва гузаронандагии гармиро дар бар мегиранд. Гарчанде ки дар Чин талаботи дохилӣ ба рӯйпӯшҳои SiC зиёд аст, ин технология ҳанӯз нопухта аст. Дар хориҷа, танҳо як ширкати амрикоӣ дар ин соҳа фаъолият мекунад ва маҳсулоти он нисбатан гарон аст.
Қаиқҳои булӯрӣмасолеҳи истеъмолӣ мебошанд, ки дар истеҳсоли эпитаксиалӣ истифода мешаванд ва метавонанд графити бо пӯшонидашудаи SiC-ро иваз кунанд, гарчанде ки ҳаҷми бозор хурд аст. Баъдан графити бо пӯшонидашудаи TaC аст, ки нисбат ба графити урён ё графити бо пӯшонидашудаи SiC муқовимати беҳтари зангзании кимиёвӣ дорад, аммо он хеле гарон аст ва ҳанӯз дар марҳилаҳои аввали рушд қарор дорад. Айни замон, ширкатҳои ватанӣ ба монандиЛиуфанг нимноқил, Семицера, ваНимноқилҳои Vetekдар ин самт ба тадқиқот ва рушд машғуланд.
Вақти нашр: 20 майи соли 2026