SiC kaplı grafit tabanlar, metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) ekipmanlarında tek kristal alt tabakaları desteklemek ve ısıtmak için yaygın olarak kullanılır. SiC kaplı grafit tabanın termal kararlılığı, termal homojenliği ve diğer performans parametreleri, epitaksiyel malzeme büyümesinin kalitesinde belirleyici bir rol oynar; bu nedenle MOCVD ekipmanının temel bileşenidir.
Yonga levha üretim sürecinde, cihaz üretimini kolaylaştırmak için bazı yonga levha alt tabakaları üzerine epitaksiyel katmanlar oluşturulur. Tipik LED ışık yayan cihazlar, silikon alt tabakalar üzerine GaAs epitaksiyel katmanlarının hazırlanmasını gerektirir; yüksek voltaj, yüksek akım ve diğer güç uygulamaları için SBD, MOSFET vb. cihazların yapımı için iletken SiC alt tabaka üzerine SiC epitaksiyel katmanı büyütülür; iletişim gibi RF uygulamaları için HEMT ve diğer cihazların yapımı için yarı yalıtkan SiC alt tabaka üzerine GaN epitaksiyel katmanı oluşturulur. Bu süreç CVD ekipmanından ayrı düşünülemez.
CVD ekipmanında, gaz akışı (yatay, dikey), sıcaklık, basınç, sabitleme, kirleticilerin dökülmesi ve diğer etkileyici faktörler nedeniyle, alt tabaka doğrudan metal üzerine veya basitçe bir taban üzerine yerleştirilerek epitaksiyel biriktirme yapılamaz. Bu nedenle, bir taban gereklidir ve daha sonra alt tabaka diskin üzerine yerleştirilir ve ardından CVD teknolojisi kullanılarak alt tabaka üzerinde epitaksiyel biriktirme gerçekleştirilir; bu taban ise SiC kaplı grafit tabandır (tepsi olarak da bilinir).
SiC kaplı grafit tabanlar, metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) ekipmanlarında tek kristal alt tabakaları desteklemek ve ısıtmak için yaygın olarak kullanılır. SiC kaplı grafit tabanın termal kararlılığı, termal homojenliği ve diğer performans parametreleri, epitaksiyel malzeme büyümesinin kalitesinde belirleyici bir rol oynar; bu nedenle MOCVD ekipmanının temel bileşenidir.
Metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD), mavi LED'lerde GaN filmlerinin epitaksiyel büyümesi için ana akım teknolojidir. Basit işlem, kontrol edilebilir büyüme hızı ve yüksek saflıkta GaN filmleri gibi avantajlara sahiptir. MOCVD ekipmanının reaksiyon odasında önemli bir bileşen olan, GaN filmi epitaksiyel büyümesi için kullanılan yatak tabanının yüksek sıcaklık dayanımı, homojen termal iletkenlik, iyi kimyasal kararlılık, güçlü termal şok direnci vb. özelliklere sahip olması gerekir. Grafit malzeme yukarıdaki koşulları karşılayabilir.
MOCVD ekipmanının temel bileşenlerinden biri olan grafit taban, alt tabakanın taşıyıcısı ve ısıtma gövdesidir ve film malzemesinin homojenliğini ve saflığını doğrudan belirler; bu nedenle kalitesi, epitaksiyel tabakanın hazırlanmasını doğrudan etkiler ve aynı zamanda, kullanım sayısının artması ve çalışma koşullarının değişmesiyle çok kolay aşınır, bu nedenle sarf malzemesi sınıfına girer.
Grafit, mükemmel ısı iletkenliği ve kararlılığı sayesinde MOCVD ekipmanının temel bileşeni olarak önemli bir avantaja sahip olsa da, üretim sürecinde aşındırıcı gazlar ve metalik organik maddelerin kalıntıları nedeniyle tozda korozyona uğrar ve grafit tabanının kullanım ömrü büyük ölçüde kısalır. Aynı zamanda, dökülen grafit tozu çipte kirliliğe neden olur.
Kaplama teknolojisinin ortaya çıkışı, yüzey tozunun sabitlenmesini sağlayabilir, ısı iletkenliğini artırabilir ve ısı dağılımını dengeleyebilir; bu da bu sorunu çözmenin ana teknolojisi haline gelmiştir. MOCVD ekipmanının kullanıldığı ortamda grafit esaslı yüzey kaplamasının aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:
(1) Grafit taban tamamen sarılabilir ve yoğunluğu iyidir, aksi takdirde grafit taban aşındırıcı gazda kolayca aşınır.
(2) Grafit tabanıyla olan birleşme gücü yüksektir ve kaplamanın birkaç yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık döngüsünden sonra kolayca dökülmemesi sağlanır.
(3) Yüksek sıcaklık ve aşındırıcı ortamda kaplama arızasını önlemek için iyi kimyasal kararlılığa sahiptir.
SiC, korozyon direnci, yüksek ısı iletkenliği, termal şok direnci ve yüksek kimyasal kararlılık gibi avantajlara sahiptir ve GaN epitaksiyel ortamında iyi çalışabilir. Ek olarak, SiC'nin termal genleşme katsayısı grafitinkinden çok az farklıdır, bu nedenle SiC, grafit tabanın yüzey kaplaması için tercih edilen malzemedir.
Şu anda yaygın olarak kullanılan SiC, esas olarak 3C, 4H ve 6H tiplerindedir ve farklı kristal tiplerinin SiC kullanım alanları farklıdır. Örneğin, 4H-SiC yüksek güçlü cihazlar üretmek için kullanılabilir; 6H-SiC en kararlı olanıdır ve fotoelektrik cihazlar üretmek için kullanılabilir; GaN'ye benzer yapısı nedeniyle, 3C-SiC, GaN epitaksiyel tabakası üretmek ve SiC-GaN RF cihazları üretmek için kullanılabilir. 3C-SiC ayrıca yaygın olarak β-SiC olarak da bilinir ve β-SiC'nin önemli bir kullanım alanı film ve kaplama malzemesi olarak kullanılmasıdır, bu nedenle β-SiC şu anda kaplama için ana malzemedir.
Silisyum karbür kaplama hazırlama yöntemi
Şu anda, SiC kaplamanın hazırlanma yöntemleri başlıca jel-sol yöntemi, gömme yöntemi, fırça kaplama yöntemi, plazma püskürtme yöntemi, kimyasal gaz reaksiyon yöntemi (CVR) ve kimyasal buhar biriktirme yöntemini (CVD) içermektedir.
Gömme yöntemi:
Bu yöntem, esas olarak Si tozu ve C tozunun karışımını gömme tozu olarak kullanan, grafit matrisinin gömme tozuna yerleştirildiği ve inert gaz ortamında yüksek sıcaklıkta sinterleme işleminin gerçekleştirildiği bir tür yüksek sıcaklıkta katı faz sinterlemesidir; sonuç olarak grafit matrisinin yüzeyinde SiC kaplama elde edilir. İşlem basittir ve kaplama ile alt tabaka arasındaki uyum iyidir, ancak kaplamanın kalınlık yönündeki homojenliği zayıftır, bu da daha fazla delik oluşmasına ve düşük oksidasyon direncine yol açabilir.
Fırça ile kaplama yöntemi:
Fırça ile kaplama yöntemi esas olarak sıvı ham maddenin grafit matrisinin yüzeyine fırçalanması ve ardından ham maddenin belirli bir sıcaklıkta kürlenerek kaplamanın hazırlanmasıdır. İşlem basit ve maliyeti düşüktür, ancak fırça ile kaplama yöntemiyle hazırlanan kaplama, alt tabaka ile zayıf bir şekilde birleşir, kaplama homojenliği zayıftır, kaplama incedir ve oksidasyon direnci düşüktür; bu nedenle diğer destekleyici yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır.
Plazma püskürtme yöntemi:
Plazma püskürtme yöntemi esas olarak erimiş veya yarı erimiş ham maddelerin bir plazma tabancasıyla grafit matrisinin yüzeyine püskürtülmesi ve ardından katılaşarak bir kaplama oluşturmasıdır. Yöntem kullanımı basittir ve nispeten yoğun bir silisyum karbür kaplama hazırlayabilir, ancak bu yöntemle hazırlanan silisyum karbür kaplama genellikle çok zayıftır ve zayıf oksidasyon direncine yol açar, bu nedenle genellikle kaplamanın kalitesini iyileştirmek için SiC kompozit kaplama hazırlanmasında kullanılır.
Jel-sol yöntemi:
Jel-sol yöntemi esas olarak matrisin yüzeyini kaplayan homojen ve şeffaf bir sol çözeltisi hazırlamayı, jel haline gelene kadar kurutmayı ve ardından kaplama elde etmek için sinterlemeyi içerir. Bu yöntem kullanımı kolay ve düşük maliyetlidir, ancak üretilen kaplamanın düşük termal şok direnci ve kolay çatlama gibi bazı dezavantajları vardır, bu nedenle yaygın olarak kullanılamaz.
Kimyasal Gaz Reaksiyonu (CVR):
CVR yöntemi esas olarak Si ve SiO2 tozlarını kullanarak yüksek sıcaklıkta SiO buharı üretmek ve C malzeme alt tabakasının yüzeyinde bir dizi kimyasal reaksiyon meydana getirmek suretiyle SiC kaplama üretir. Bu yöntemle hazırlanan SiC kaplama alt tabakaya sıkıca yapışır, ancak reaksiyon sıcaklığı daha yüksek ve maliyeti daha fazladır.
Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD):
Şu anda, CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme) yöntemi, alt tabaka yüzeyine SiC kaplama hazırlamak için kullanılan ana teknolojidir. Ana işlem, gaz fazındaki reaktif malzemenin alt tabaka yüzeyinde bir dizi fiziksel ve kimyasal reaksiyonundan oluşur ve son olarak SiC kaplama, alt tabaka yüzeyine çökelme yoluyla hazırlanır. CVD teknolojisiyle hazırlanan SiC kaplama, alt tabakanın yüzeyine sıkıca bağlanır ve bu da alt tabaka malzemesinin oksidasyon direncini ve aşınma direncini etkili bir şekilde artırabilir; ancak bu yöntemin çökelme süresi daha uzundur ve reaksiyon gazı belirli bir miktarda zehirli gaz içerir.
SiC kaplı grafit tabanının piyasa durumu
Yabancı üreticiler erken başladıklarında açık bir avantaja ve yüksek pazar payına sahiptiler. Uluslararası alanda, SiC kaplı grafit tabanının ana tedarikçileri Hollandalı Xycard, Alman SGL Carbon (SGL), Japon Toyo Carbon, ABD'li MEMC ve diğer şirketlerdir ve bunlar temelde uluslararası pazarı ele geçirmiştir. Çin, grafit matrisinin yüzeyinde SiC kaplamanın düzgün büyümesi için kilit çekirdek teknolojisinde ilerleme kaydetmiş olsa da, yüksek kaliteli grafit matrisi hala Alman SGL, Japon Toyo Carbon ve diğer işletmelere bağımlıdır. Yerli işletmelerin sağladığı grafit matrisi, ısı iletkenliği, elastik modül, sertlik modülü, kafes kusurları ve diğer kalite sorunları nedeniyle kullanım ömrünü etkiler. MOCVD ekipmanı, SiC kaplı grafit tabanının kullanım gereksinimlerini karşılayamaz.
Çin'in yarı iletken endüstrisi hızla gelişiyor; MOCVD epitaksiyel ekipman yerelleştirme oranının kademeli olarak artması ve diğer proses uygulamalarının genişlemesiyle birlikte, gelecekte SiC kaplı grafit bazlı ürün pazarının hızla büyümesi bekleniyor. Sektörün ön tahminlerine göre, yerli grafit bazlı pazar önümüzdeki birkaç yıl içinde 500 milyon yuanı aşacak.
SiC kaplı grafit taban, bileşik yarı iletken sanayileştirme ekipmanlarının temel bileşenidir; üretim ve imalatının kilit teknolojisine hakim olmak ve tüm hammadde-işlem-ekipman endüstri zincirinin yerelleştirilmesini gerçekleştirmek, Çin'in yarı iletken endüstrisinin gelişimini sağlamak için büyük stratejik öneme sahiptir. Yerli SiC kaplı grafit taban alanı hızla gelişmekte olup, ürün kalitesi kısa süre içinde uluslararası ileri seviyeye ulaşabilir.
Yayın tarihi: 24 Temmuz 2023