Epitaksial gatlak, wafer substratynda epitaksial proses arkaly ösdürilip ýetişdirilen aýratyn bir kristally inçe plýonkadyr; substrat wafer we epitaksial plýonka bilelikde epitaksial wafer diýlip atlandyrylýar. Bularyň arasynda, geçiriji kremniý karbid substratynda kremniý karbid epitaksial gatlagyny ösdürmek birmeňzeş kremniý karbid epitaksial waferini öndürýär, ol bolsa Şottki diodlary, MOSFET-ler we IGBT-ler ýaly güýç enjamlaryna öndürilip bilner. Iň köp ulanylýan substrat görnüşi 4H-SiC substratydyr.
Ähli enjamlar diýen ýaly epitaksial gatlaklarda öndürilýändigi sebäpli, epitaksial gatlagyň hili enjamyň işine uly täsir edýär. Şeýle-de bolsa, epitaksial gatlagyň hiline kristal we substrat gaýtadan işlenilmegi täsir edýär, bu bolsa ony senagatda möhüm tapgyra goýýar we onuň işlenip düzülmeginde möhüm rol oýnaýar.
Kremniý karbidiniň epitaksial gatlaklaryny taýýarlamagyň esasy usullary: bug çökündisi; suwuk fazaly epitaksiýa (LPE); molekulýar şöhle epitaksiýasy (MBE); we himiki bug çökündisi (CVD). Bularyň arasynda himiki bug çökündisi (CVD) 4H-SiC birmeňzeş epitaksiýa üçin iň giňden ulanylýan usuldyr. 4H-SiC CVD epitaksiýasynda adatça CVD enjamlary ulanylýar, bu bolsa ýokary ösüş temperaturasynda 4H-SiC kristal gurluşynyň dowamlylygyny üpjün edýär.
CVD enjamlarynda substraty gönüden-göni metal ýüzüne ýa-da epitaksial çökündi üçin diňe esasa goýup bolmaýar, sebäbi bu gaz akymynyň ugry (gorizontal, dik), temperatura, basyş, fiksasiýa we dökülýän bölejiklerden hapalanma ýaly dürli täsir ediji faktorlary öz içine alýar. Şonuň üçin goldaw binýady gerek; substrat tagta goýulýar we soňra CVD tehnologiýasy ulanylyp, substratda epitaksial çökündi amala aşyrylýar. Bu goldaw binýady SiC bilen örtülen grafit esasdyr.
Esasy bölek hökmünde grafit substraty ýokary berklik we berklik moduly, şeýle hem gowy termal şok we korroziýa garşylygy bilen tapawutlanýar. Şeýle-de bolsa, önümçilik wagtynda grafit korroziýa gazlary we galan organometal birleşmeleri sebäpli korroziýa we poroşok dökülmegine sezewar bolýar, bu bolsa substratyň hyzmat ediş möhletini ep-esli azaldýar. Şol bir wagtyň özünde dökülen grafit poroşogy bölekleri hapalap biler. Kremniý karbidi epitaksial waferleriniň önümçiliginde grafit materiallary üçin barha berk talaplary kanagatlandyrmak barha kynlaşýar, bu bolsa olaryň ösüşini we amaly ulanylyşyny ep-esli çäklendirýär. Netijede,örtük tehnologiýasyçözgüt hökmünde ýüze çykdy.
Ýarymgeçirijiler senagatynda SiC örtükleriniň artykmaçlyklary
Örtükleriň fiziki we himiki häsiýetleri ýokary temperatura we korroziýa garşylygy üçin berk talaplara laýyk gelmelidir, sebäbi olar önümiň hasyllylygyna we ömrüne gönüden-göni täsir edýär. SiC materialy ýokary berklige, ýokary gatylyga, termal giňelme koeffisiýentiniň pesligine we ajaýyp termal geçirijilige eýedir, bu bolsa ony möhüm ýokary temperaturaly gurluşyk we ýarymgeçiriji materiala öwürýär. Grafit substratlaryna ulanylanda, onuň artykmaçlyklary aşakdakylary öz içine alýar:
1) SiC korroziýa garşy çydamlydyr we grafit substratyny doly örtüp bilýär. Onuň ýokary dykyzlygy korroziýa gazlarynyň zyýanynyň öňüni alýar.
2) SiC ýokary ýylylyk geçirijiligine we grafit substraty bilen güýçli baglanyş güýjüne eýedir, bu bolsa örtügiň gaýtalanýan ýokary-pes temperatura sikllerinden soň hem bitewi galmagyny üpjün edýär.
3) SiC ýokary temperaturaly, aşyndyryjy atmosferada örtügiň zaýalanmagynyň öňüni alýan ajaýyp himiki durnuklylyga eýedir.
Mundan başga-da, dürli materiallardan ýasalan epitaksial peçler üçin belli bir öndürijilik aýratynlyklary bolan grafit tabaklary gerek. Grafit materialynyň termal giňelme koeffisiýenti epitaksial peçiň ösüş temperaturasy bilen gabat gelmelidir. Mysal üçin, kremniý karbidiniň epitaksiýasy üçin ösüş temperaturasy ýokary bolany üçin, ýokary derejeli termal giňelme koeffisiýentine laýyk gelýän tabaklar gerek. SiC-niň termal giňelme koeffisiýenti grafitden örän az tapawutlanýar, bu bolsa ony grafit substratlarynyň ýüzüni örtmek üçin iň gowy material edýär.
SiC köp sanly kristal görnüşinde bar, häzirki wagtda iň köp ýaýranlary 3C, 4H we 6H görnüşleri bolup, olaryň her biri dürli ulanylyşlara hyzmat edýär. Mysal üçin, 4H-SiC ýokary kuwwatly enjamlary öndürmek üçin ulanylýar; 6H-SiC iň durnuklydyr we optoelektron enjamlary öndürmek üçin ulanylýar; we 3C-SiC, GaN-a gurluş meňzeşligi sebäpli, SiC-GaN RF enjamlaryny öndürmek üçin GaN epitaksial gatlaklaryny öndürmek üçin ulanylýar. 3C-SiC, adatça β-SiC diýlip hem atlandyrylýar. β-SiC-niň esasy ulanylyş ugry inçe plýonka we örtük materialy hökmünde ulanylýar; şonuň üçin β-SiC häzirki wagtda örtükler üçin ulanylýan esasy materialdyr.
Ýarymgeçirijiler önümçiliginde umumy sarp edilýän önüm hökmünde SiC örtükleri, esasan, substrat taýýarlamak, epitaksiýa, oksidlenme we diffuziýa, aşındyrma we ion implantasiýa ýaly proseslerde ulanylýar. Örtügiň fiziki we himiki häsiýetleri ýokary temperatura we korroziýa garşy berk talaplara laýyk gelmelidir, sebäbi olar önümiň önümçiligine we ömrüniň dowamlylygyna gönüden-göni täsir edýär. Netijede, SiC örtüklerini taýýarlamak örän möhümdir.
Kremniý karbid örtüklerini taýýarlamak prosesi
Häzirki wagtda SiC örtüklerini taýýarlamagyň esasy usullary sol-gel usuly, gömüliş usuly, çotka bilen örtmek, plazma püskürtmek, himiki bug reaksiýasy (CVR) we himiki bug çökündisi (CVD)-ni öz içine alýar.
Göçürmek usuly
Bu usul ýokary temperaturaly gaty ýagdaýly sinterlemegiň bir görnüşidir. Ol esasan kremniý (Si) poroşogynyň we uglerod (C) poroşogynyň garyndysyny gömüji poroşok hökmünde ulanýar. Grafit substraty gömüji poroşogyň içine ýerleşdirilýär we inert gaz atmosferasynda ýokary temperaturada sinterlenýär, netijede grafit substratynyň ýüzünde SiC örtügi emele gelýär. Bu usul ýönekeý proses we örtük bilen substratyň arasynda gowy ýelmeşme bilen tapawutlanýar; ýöne örtük galyňlyk ugry boýunça pes deňligi görkezýär we köp sanly gözenekleriň döremegine meýilli bolup, oksidlenme garşylygynyň pes bolmagyna getirýär.
Çotga bilen örtmek usuly
Çotga bilen örtmek usuly, esasan, suwuk çig maly grafit substratynyň ýüzüne sürtmegi, soňra bolsa örtügi emele getirmek üçin materialy belli bir temperaturada berkitmegi öz içine alýar. Bu usul ýönekeý we tygşytlydyr; ýöne netijede emele gelen örtük substrata gowşak ýelmeşmegi, pes deňligi görkezýär we pes oksidlenme garşylygy bilen deňeşdirme boýunça inçe bolýar, bu bolsa goşmaça usullary talap edýär.
Plazma püskürtme usuly
Plazma püskürtmek usuly plazma tabançasyny ulanyp, ereýän ýa-da ýarym ereýän çig maly grafit substratynyň ýüzüne püskürtmegi öz içine alýar, soňra ol gatylaşýar we örtük emele getirmek üçin birleşýär. Bu usul ulanmak üçin ýönekeý we deňeşdirme boýunça dykyz kremniý karbid örtüklerini öndürip bilýär; ýöne, netijede emele gelýän örtükler köplenç gaty inçe bolýar, bu bolsa oksidlenmäge garşylygyň pes bolmagyna getirýär. Şonuň üçin, adatça, örtük hilini gowulandyrmak üçin SiC kompozit örtüklerini taýýarlamakda ulanylýar.
Gel-Sol usuly
Gel-sol usuly, esasan, substratyň ýüzüni örtmek üçin birmeňzeş, açyk sol ergini taýýarlamagy öz içine alýar. Gel görnüşinde guradylandan soň, material örtügi emele getirmek üçin sinterlenýär. Bu usul ulanmak üçin ýönekeý we deňeşdirme boýunça arzan; ýöne netijede dörän örtükler pes termal şok garşylygy we çatlama meýilliligi ýaly kemçiliklerden ejir çekýär, bu bolsa olaryň giňden ulanylmagyny çäklendirýär.
Himiki bug reaksiýasy (CVR) usuly
CVR, esasan, ýokary temperaturada SiO₂ bugyny döretmek üçin Si we SiO₂ poroşoklaryny ulanýar we SiC örtügini emele getirmek üçin Si substratynyň ýüzünde birnäçe himiki reaksiýalary döredýär. Bu usul bilen öndürilen SiC örtügi substrata berk ýapyşýar; ýöne reaksiýanyň temperaturasy ýokary we bahasy hem deňeşdirme boýunça ýokary.
Himiki bug çökündisi (HBÇ)
Häzirki wagtda CVD substrat ýüzlerinde SiC örtüklerini taýýarlamak üçin esasy tehnologiýa bolup durýar. Esasy proses gaz reaksiýalary bilen substrat ýüzi arasyndaky birnäçe fiziki-himiki reaksiýalary öz içine alýar we netijede SiC örtüginiň çökmegine getirýär. CVD tehnologiýasy arkaly öndürilen SiC örtükleri substrat ýüzüne berk ýapyşýar we substrat materialynyň oksidlenme garşylygyny we ablýasiýa garşylygyny netijeli ýokarlandyryp biler; ýöne bu usul deňeşdirme boýunça uzak çökündi wagtyny talap edýär we reaksiýa gazlary käbir zäherli komponentleri öz içine alýar.
SiC örtüklerindäki tendensiýalar
SiC örtükleri, esasan, ýarymgeçirijiler önümçiliginde sarp ediş materiallary hökmünde ulanylýar, esasy görkezijileri örtügiň birmeňzeşligi, termal giňelme koeffisiýenti we termal geçirijilik ýalydyr. Hytaýda SiC örtüklerine içerki isleg uly bolsa-da, tehnologiýa henizem kämil däl. Daşary ýurtlarda bu ugurda diňe bir ABŞ kompaniýasy işleýär we onuň önümleri deňeşdirme boýunça gymmat.
Kristal gaýyklarepitaksial önümçilikde ulanylýan we SiC bilen örtülen grafidiň ornuny tutup bilýän sarp ediş materiallarydyr, emma bazaryň möçberi az. Indiki orunda TaC bilen örtülen grafit durýar, ol ýalaňaç grafitden ýa-da SiC bilen örtülen grafitden has gowy himiki korroziýa garşylygyny hödürleýär, ýöne ol gaty gymmat we henizem ösüşiň başlangyç tapgyrlarynda. Häzirki wagtda ýerli kompaniýalar, meselem,Liufang ýarymgeçiriji, Semicera, weVetek ýarymgeçirijisibu ugurda ylmy-barlag işleri bilen meşgullanýarlar.
Ýerleşdirilen wagty: 2026-njy ýylyň 20-nji maýy