Ang epitaxial layer ay isang partikular na single-crystal thin film na pinatubo sa isang wafer substrate sa pamamagitan ng isang epitaxial process; ang substrate wafer at ang epitaxial film ay sama-samang tinutukoy bilang epitaxial wafer. Kabilang sa mga ito, ang pagpapatubo ng silicon carbide epitaxial layer sa isang conductive silicon carbide substrate ay lumilikha ng isang homogenous na silicon carbide epitaxial wafer, na maaaring higit pang gawin sa mga power device tulad ng Schottky diodes, MOSFETs, at IGBTs. Ang pinakalawak na ginagamit na uri ng substrate ay ang 4H-SiC substrate.
Dahil halos lahat ng aparato ay gawa sa mga epitaxial layer, ang kalidad ng epitaxial layer ay may malaking epekto sa pagganap ng aparato. Gayunpaman, ang kalidad ng epitaxial layer ay naiimpluwensyahan ng pagproseso ng kristal at substrate, na naglalagay dito sa isang kritikal na sagwan sa industriya at gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-unlad nito.
Ang mga pangunahing pamamaraan para sa paghahanda ng mga silicon carbide epitaxial layer ay kinabibilangan ng: vapor deposition; liquid phase epitaxy (LPE); molecular beam epitaxy (MBE); at chemical vapor deposition (CVD). Kabilang sa mga ito, ang chemical vapor deposition (CVD) ang pinakamalawak na ginagamit na pamamaraan para sa 4H-SiC homogenous epitaxy. Ang 4H-SiC CVD epitaxy ay karaniwang gumagamit ng mga kagamitang CVD, na tinitiyak ang pagpapatuloy ng istruktura ng kristal na 4H-SiC sa ilalim ng mataas na temperatura ng paglaki.
Sa mga kagamitang CVD, ang substrate ay hindi maaaring direktang ilagay sa ibabaw ng metal o basta ilagay lamang sa isang base para sa epitaxial deposition, dahil kinabibilangan ito ng iba't ibang salik na nakakaimpluwensya tulad ng direksyon ng daloy ng gas (pahalang, patayo), temperatura, presyon, pagkapirmi, at kontaminasyon mula sa mga nalaglag na partikulo. Samakatuwid, kinakailangan ang isang support base; ang substrate ay inilalagay sa isang tray, at ang epitaxial deposition ay isinasagawa sa substrate gamit ang teknolohiyang CVD. Ang support base na ito ay isang SiC-coated graphite base.
Bilang pangunahing bahagi, ang graphite substrate ay nagtatampok ng mataas na specific strength at specific modulus, pati na rin ng mahusay na thermal shock at corrosion resistance. Gayunpaman, sa panahon ng produksyon, ang graphite ay madaling kapitan ng corrosion at powder shedding dahil sa mga corrosive gas at mga natitirang organometallic compound, na makabuluhang binabawasan ang buhay ng serbisyo ng substrate. Kasabay nito, ang shed graphite powder ay maaaring makahawa sa mga chips. Sa produksyon ng silicon carbide epitaxial wafers, lalong nagiging mahirap na matugunan ang lalong mahigpit na mga kinakailangan para sa mga materyales na graphite, na lubhang naglilimita sa kanilang pag-unlad at praktikal na aplikasyon. Dahil dito,teknolohiya ng patongay lumitaw bilang isang solusyon.
Mga Bentahe ng SiC Coatings sa Industriya ng Semiconductor
Ang mga pisikal at kemikal na katangian ng mga patong ay dapat matugunan ang mahigpit na mga kinakailangan para sa mataas na temperatura at resistensya sa kalawang, dahil ang mga ito ay direktang nakakaapekto sa ani at habang-buhay ng produkto. Ang materyal na SiC ay nagtataglay ng mataas na lakas, mataas na katigasan, mababang koepisyent ng thermal expansion, at mahusay na thermal conductivity, na ginagawa itong isang kritikal na materyal na istruktura at semiconductor na may mataas na temperatura. Kapag inilapat sa mga substrate ng graphite, ang mga bentahe nito ay kinabibilangan ng:
1) Ang SiC ay lumalaban sa kalawang at kayang ganap na balutin ang substrate ng grapayt. Ang mataas na densidad nito ay pumipigil sa pinsala mula sa mga kinakaing gas.
2) Ang SiC ay may mataas na thermal conductivity at malakas na bonding strength sa graphite substrate, na tinitiyak na ang patong ay nananatiling buo kahit na pagkatapos ng paulit-ulit na high-low temperature cycles.
3) Ang SiC ay nagtataglay ng mahusay na kemikal na katatagan, na pumipigil sa pagkasira ng patong sa mataas na temperatura at kinakaing unti-unting mga atmospera.
Bukod pa rito, ang mga epitaxial furnace na gawa sa iba't ibang materyales ay nangangailangan ng mga graphite tray na may mga partikular na detalye ng pagganap. Ang thermal expansion coefficient ng materyal na graphite ay dapat na tugma sa temperatura ng paglaki ng epitaxial furnace. Halimbawa, dahil mataas ang temperatura ng paglaki para sa silicon carbide epitaxy, kinakailangan ang mga tray na may mataas na antas ng pagtutugma ng thermal expansion coefficient. Ang thermal expansion coefficient ng SiC ay halos walang pinagkaiba sa graphite, kaya ito ang ginustong materyal para sa pagpapatong sa ibabaw ng mga substrate ng graphite.
Ang SiC ay umiiral sa iba't ibang anyo ng kristal, kung saan ang pinakakaraniwan sa kasalukuyan ay ang mga uri na 3C, 4H, at 6H, na bawat isa ay nagsisilbi sa iba't ibang aplikasyon. Halimbawa, ang 4H-SiC ay ginagamit sa paggawa ng mga high-power device; ang 6H-SiC ang pinaka-matatag at ginagamit sa paggawa ng mga optoelectronic device; at ang 3C-SiC, dahil sa pagkakatulad nito sa istruktura sa GaN, ay ginagamit upang gumawa ng mga epitaxial layer ng GaN para sa paggawa ng mga SiC-GaN RF device. Ang 3C-SiC ay karaniwang tinutukoy din bilang β-SiC. Ang isang pangunahing aplikasyon ng β-SiC ay bilang isang manipis na pelikula at materyal na patong; dahil dito, ang β-SiC ang kasalukuyang pangunahing materyal na ginagamit para sa mga patong.
Bilang isang karaniwang consumable sa produksyon ng semiconductor, ang mga SiC coating ay pangunahing ginagamit sa mga proseso tulad ng paghahanda ng substrate, epitaxy, oxidation and diffusion, etching, at ion implantation. Ang mga pisikal at kemikal na katangian ng coating ay dapat matugunan ang mahigpit na mga kinakailangan para sa resistensya sa mataas na temperatura at resistensya sa kalawang, dahil ang mga ito ay direktang nakakaapekto sa ani at habang-buhay ng produkto. Dahil dito, ang paghahanda ng mga SiC coating ay kritikal.
Proseso para sa Paghahanda ng mga Patong na Silicon Carbide
Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing pamamaraan para sa paghahanda ng SiC coatings ay kinabibilangan ng sol-gel method, embedding method, brush coating, plasma spraying, chemical vapor reaction (CVR), at chemical vapor deposition (CVD).
Paraan ng Pag-embed
Ang pamamaraang ito ay isang uri ng high-temperature solid-state sintering. Pangunahin nitong ginagamit ang pinaghalong silicon (Si) powder at carbon (C) powder bilang embedding powder. Isang graphite substrate ang inilalagay sa loob ng embedding powder at sininter sa mataas na temperatura sa isang inert gas atmosphere, na sa huli ay bumubuo ng SiC coating sa ibabaw ng graphite substrate. Ang pamamaraang ito ay nagtatampok ng isang simpleng proseso at mahusay na pagdikit sa pagitan ng coating at ng substrate; gayunpaman, ang coating ay nagpapakita ng mahinang pagkakapareho sa direksyon ng kapal at madaling kapitan ng maraming pores, na nagreresulta sa mahinang resistensya sa oksihenasyon.
Paraan ng Paglalagay ng Brush
Ang paraan ng brush coating ay pangunahing kinabibilangan ng paglalagay ng likidong hilaw na materyal sa ibabaw ng graphite substrate, na sinusundan ng pagpapatigas ng materyal sa isang partikular na temperatura upang mabuo ang patong. Ang pamamaraang ito ay simple at matipid; gayunpaman, ang nagreresultang patong ay nagpapakita ng mahinang pagdikit sa substrate, mahinang pagkakapareho, at medyo manipis na may mababang resistensya sa oksihenasyon, na nangangailangan ng mga karagdagang pamamaraan.
Paraan ng Pag-spray ng Plasma
Ang paraan ng pag-spray ng plasma ay kinabibilangan ng paggamit ng plasma gun upang i-spray ang tinunaw o semi-tinunaw na hilaw na materyal sa ibabaw ng substrate ng graphite, na pagkatapos ay tumigas at nagdidikit upang bumuo ng isang patong. Ang pamamaraang ito ay madaling gamitin at maaaring makagawa ng medyo siksik na silicon carbide coatings; gayunpaman, ang mga nagreresultang patong ay kadalasang masyadong manipis, na humahantong sa mahinang resistensya sa oksihenasyon. Samakatuwid, ito ay karaniwang ginagamit sa paghahanda ng SiC composite coatings upang mapabuti ang kalidad ng patong.
Paraan ng Gel-Sol
Ang pamamaraang gel-sol ay pangunahing nagsasangkot ng paghahanda ng pare-pareho at transparent na solusyon ng sol upang pahiran ang ibabaw ng substrate. Pagkatapos matuyo at maging gel, ang materyal ay sinisinter upang mabuo ang patong. Ang pamamaraang ito ay madaling gamitin at medyo mura; gayunpaman, ang mga nagreresultang patong ay may mga disbentaha tulad ng mababang resistensya sa thermal shock at posibilidad na mabasag, na naglilimita sa kanilang malawakang aplikasyon.
Paraan ng Reaksyon ng Kemikal na Singaw (CVR)
Pangunahing ginagamit ng CVR ang mga pulbos na Si at SiO₂ upang makabuo ng singaw na SiO₂ sa mataas na temperatura, na nagpapalitaw ng isang serye ng mga reaksiyong kemikal sa ibabaw ng substrate na Si upang bumuo ng isang patong na SiC. Ang patong na SiC na nalilikha sa pamamaraang ito ay mahigpit na dumidikit sa substrate; gayunpaman, mataas ang temperatura ng reaksyon, at medyo mataas din ang gastos.
Kemikal na Pagdeposito ng Singaw (CVD)
Ang CVD ang kasalukuyang pangunahing teknolohiya para sa paghahanda ng mga SiC coating sa mga ibabaw ng substrate. Ang pangunahing proseso ay kinabibilangan ng isang serye ng mga physicochemical na reaksyon sa pagitan ng mga gaseous reactant at ng ibabaw ng substrate, na sa huli ay nagreresulta sa pagdedeposito ng isang SiC coating. Ang mga SiC coating na ginawa ng teknolohiyang CVD ay mahigpit na nagdidikit sa ibabaw ng substrate at maaaring epektibong mapabuti ang resistensya sa oksihenasyon at ablation ng materyal ng substrate; gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng medyo mahabang oras ng deposition, at ang mga gas ng reaksyon ay naglalaman ng ilang mga nakalalasong sangkap.
Mga Uso sa SiC Coatings
Ang mga SiC coating ay pangunahing ginagamit bilang mga consumable sa paggawa ng semiconductor, na may mga pangunahing sukatan ng pagganap kabilang ang pagkakapareho ng coating, coefficient of thermal expansion, at thermal conductivity. Bagama't mayroong malaking demand sa loob ng bansa para sa mga SiC coating sa Tsina, ang teknolohiyang ito ay nananatiling hindi pa ganap. Sa ibang bansa, iisa lamang ang kumpanya sa US na nagpapatakbo sa larangang ito, at ang mga produkto nito ay medyo mahal.
Mga bangkang kristalay mga consumable na ginagamit sa epitaxial production na maaaring pumalit sa SiC-coated graphite, bagama't maliit ang volume sa merkado. Ang susunod ay ang TaC-coated graphite, na nag-aalok ng mas mahusay na chemical corrosion resistance kaysa sa bare graphite o SiC-coated graphite, ngunit ito ay napakamahal at nasa mga unang yugto pa lamang ng pag-unlad. Sa kasalukuyan, ang mga lokal na kumpanya tulad ngLiufang semiconductor, Semicera, atVetek Semiconductoray nakikibahagi sa R&D sa larangang ito.
Oras ng pag-post: Mayo-20-2026