Эпитаксиаль катлам - пластина субстратында эпитаксиаль процесс аша үстерелгән махсус монокристалл юка пленка; субстрат пластинасы һәм эпитаксиаль пленка бергә эпитаксиаль пластина дип атала. Шулар арасында үткәргеч кремний карбиды субстратында кремний карбиды эпитаксиаль катламын үстерү гомоген кремний карбиды эпитаксиаль пластинасын барлыкка китерә, аны Шоттки диодлары, MOSFETлар һәм IGBT кебек көч җайланмаларына әйләндереп була. Иң киң кулланыла торган субстрат төре - 4H-SiC субстраты.
Барлык җайланмалар диярлек эпитаксиаль катламнарда ясалганлыктан, эпитаксиаль катламның сыйфаты җайланманың эшчәнлегенә зур йогынты ясый. Ләкин, эпитаксиаль катламның сыйфатына кристалл һәм субстрат эшкәртү йогынты ясый, бу аны сәнәгатьтә мөһим ноктага куя һәм аның үсешендә төп роль уйный.
Кремний карбиды эпитаксиаль катламнарын әзерләүнең төп ысулларына түбәндәгеләр керә: пар белән каплау; сыек фазалы эпитакси (LPE); молекуляр нур эпитакси (MBE); һәм химик пар белән каплау (CVD). Шулар арасында химик пар белән каплау (CVD) 4H-SiC гомоген эпитаксиясе өчен иң киң кулланыла торган ысул булып тора. 4H-SiC CVD эпитаксиясе гадәттә CVD җиһазларын куллана, бу югары үсеш температурасында 4H-SiC кристалл структурасының өзлексезлеген тәэмин итә.
CVD җиһазларында субстратны турыдан-туры металл өслеккә яки эпитаксиаль утырту өчен нигезгә урнаштырып булмый, чөнки моңа төрле йогынты ясаучы факторлар, мәсәлән, газ агымы юнәлеше (горизонталь, вертикаль), температура, басым, фиксация һәм кисәкчәләрнең таркалуыннан пычрану керә. Шуңа күрә терәк нигезе кирәк; субстрат табага урнаштырыла, аннары CVD технологиясен кулланып, субстратта эпитаксиаль утырту башкарыла. Бу терәк нигезе - SiC белән капланган графит нигезе.
Төп компонент буларак, графит субстраты югары чагыштырма ныклыкка һәм чагыштырма модульгә, шулай ук яхшы термик шок һәм коррозиягә чыдамлыкка ия. Ләкин, җитештерү барышында, коррозия газлары һәм калдык органометалл кушылмалар аркасында графит коррозиягә һәм порошок коелуга дучар була, бу субстратның хезмәт итү вакытын сизелерлек кыскарта. Шул ук вакытта, коелган графит порошогы кисәкләрне пычратырга мөмкин. Кремний карбиды эпитаксиаль пластиналар җитештерүдә графит материалларына карата катгыйрак таләпләрне үтәү авырлаша бара, бу аларның эшләнүен һәм гамәли кулланылышын нык чикли. Нәтиҗәдә,каплау технологиясечишелеш буларак барлыкка килде.
Ярымүткәргечләр сәнәгатендә SiC каплауларының өстенлекләре
Капламаларның физик һәм химик үзлекләре югары температурага һәм коррозиягә чыдамлыкка катгый таләпләргә туры килергә тиеш, чөнки алар продуктның чыгышына һәм гомер озынлыгына турыдан-туры тәэсир итә. SiC материалы югары ныклыкка, югары катылыкка, түбән җылылык киңәю коэффициентына һәм бик яхшы җылылык үткәрүчәнлеккә ия, бу аны югары температуралы структура һәм ярымүткәргеч материалның мөһим өлеше итә. Графит субстратларына кулланылганда, аның өстенлекләре түбәндәгеләрне үз эченә ала:
1) SiC коррозиягә чыдам һәм графит нигезен тулысынча каплап ала. Аның югары тыгызлыгы коррозияле газларның зыян китерүен булдырмый.
2) SiC югары җылылык үткәрүчәнлегенә һәм графит субстраты белән нык бәйләнешкә ия, бу кат-кат югары-түбән температура циклларыннан соң да каплауның бөтенлеген тәэмин итә.
3) SiC югары температуралы, коррозик атмосферада каплауның җимерелүен булдырмый торган бик яхшы химик тотрыклылыкка ия.
Моннан тыш, төрле материаллардан ясалган эпитаксиаль мичләр өчен билгеле бер эш күрсәткечләре булган графит табакчалары кирәк. Графит материалының җылылык киңәю коэффициенты эпитаксиаль мичнең үсеш температурасына туры килергә тиеш. Мәсәлән, кремний карбиды эпитаксисының үсеш температурасы югары булганлыктан, җылылык киңәю коэффициенты туры килү дәрәҗәсе югары булган табакчалар кирәк. SiC җылылык киңәю коэффициенты графитныкыннан бик аз аерыла, бу аны графит субстратлары өслеген каплау өчен өстенлекле материал итә.
SiC күп кристалл формаларында бар, хәзерге вакытта иң киң таралганнары - 3C, 4H һәм 6H төрләре, һәрберсе төрле кулланылышта хезмәт итә. Мәсәлән, 4H-SiC югары куәтле җайланмалар җитештерү өчен кулланыла; 6H-SiC иң тотрыклысы һәм оптоэлектрон җайланмалар җитештерү өчен кулланыла; һәм 3C-SiC, GaN белән структурасы охшашлыгы аркасында, SiC-GaN RF җайланмаларын җитештерү өчен GaN эпитаксиаль катламнарын җитештерү өчен кулланыла. 3C-SiC шулай ук β-SiC дип тә атала. β-SiC-ның төп кулланылышы - юка пленка һәм каплау материалы буларак; шуңа күрә β-SiC хәзерге вакытта каплаулар өчен кулланыла торган төп материал булып тора.
Ярымүткәргечләр җитештерүдә киң кулланыла торган матдә буларак, SiC каплаулары, нигездә, субстрат әзерләү, эпитаксия, оксидлашу һәм диффузия, эшкәртү һәм ион имплантациясе кебек процессларда кулланыла. Каплауның физик һәм химик үзлекләре югары температурага чыдамлык һәм коррозиягә чыдамлык өчен катгый таләпләргә туры килергә тиеш, чөнки алар продуктның чыгышына һәм гомер озынлыгына турыдан-туры тәэсир итә. Нәтиҗәдә, SiC каплауларын әзерләү бик мөһим.
Кремний карбид капламаларын әзерләү процессы
Хәзерге вакытта SiC каплауларын әзерләүнең төп ысулларына золь-гель ысулы, урнаштыру ысулы, щетка белән каплау, плазма сиптерү, химик пар реакциясе (CVR) һәм химик пар утырту (CVD) керә.
Кертү ысулы
Бу ысул югары температуралы каты халәттәге җепселләү төре. Ул, нигездә, кремний (Si) порошогы һәм углерод (C) порошогы катнашмасын җипләү порошогы буларак куллана. Графит субстраты җипләү порошогы эченә урнаштырыла һәм югары температураларда инерт газ атмосферасында җепселләнә, нәтиҗәдә графит субстраты өслегендә SiC каплавы барлыкка килә. Бу ысул гади процесс һәм каплау белән субстрат арасында яхшы адгезия белән аерылып тора; ләкин каплау калынлык юнәлешендә начар тигезлек күрсәтә һәм күпсанлы мәсамәләргә ия, нәтиҗәдә оксидлашуга каршылык начарлана.
Щетка белән каплау ысулы
Щетка белән каплау ысулы, нигездә, сыек чималны графит нигезе өслегенә сөртүне, аннары материалны билгеле бер температурада катыруны үз эченә ала, шуңа күрә каплау формалаша. Бу ысул гади һәм экономияле; ләкин нәтиҗәдә барлыкка килгән каплау нигезгә начар адгезия, начар бер төрлелек күрсәтә, һәм чагыштырмача нечкә, оксидлашуга каршы торучанлыгы түбән, шуңа күрә өстәмә ысуллар кирәк.
Плазма сиптерү ысулы
Плазма сиптерү ысулы плазма пистолеты ярдәмендә эрегән яки ярым эрегән чималны графит субстраты өслегенә сиптерүне үз эченә ала, аннары ул катып, каплау барлыкка китереп тоташа. Бу ысулны эшләү гади һәм чагыштырмача тыгыз кремний карбиды каплаулары җитештерә ала; ләкин барлыкка килгән каплаулар еш кына бик юка була, бу оксидлашуга каршылыкның начар булуына китерә. Шуңа күрә, ул, гадәттә, каплау сыйфатын яхшырту өчен SiC композит каплауларын әзерләүдә кулланыла.
Гель-Соль ысулы
Гель-золь ысулы, нигездә, субстрат өслеген каплау өчен бердәм, үтә күренмәле золь эремәсе әзерләүне үз эченә ала. Гельгә киптергәннән соң, материал каплау формалаштыру өчен синтеризацияләнә. Бу ысулны куллану гади һәм чагыштырмача арзан; ләкин килеп чыккан каплаулар түбән термик бәрелүгә чыдамлык һәм ярылу омтылышы кебек кимчелекләрдән интегә, бу аларның киң кулланылышын чикли.
Химик пар реакциясе (CVR) ысулы
CVR, нигездә, югары температурада SiO₂ парын барлыкка китерү өчен Si һәм SiO₂ порошокларын куллана, бу Si субстраты өслегендә берничә химик реакцияне башлап, SiC каплавын барлыкка китерә. Бу ысул белән җитештерелгән SiC каплавы субстратка нык бәйләнә; ләкин реакция температурасы югары, һәм бәясе дә чагыштырмача югары.
Химик пар утырту (ХПК)
Хәзерге вакытта CVD - субстрат өслекләрендә SiC каплауларын әзерләү өчен төп технология. Төп процесс газсыман реагентлар һәм субстрат өслеге арасында берничә физик-химик реакцияне үз эченә ала, нәтиҗәдә SiC каплавы барлыкка килә. CVD технологиясе белән җитештерелгән SiC каплаулары субстрат өслегенә нык бәйләнә һәм субстрат материалының оксидлашуга каршы торучанлыгын һәм абляциягә каршы торучанлыгын нәтиҗәле рәвештә яхшырта ала; ләкин бу ысул чагыштырмача озак каплау вакытын таләп итә, һәм реакция газлары билгеле бер агулы компонентларны үз эченә ала.
SiC каплауларындагы тенденцияләр
SiC каплаулары, нигездә, ярымүткәргечләр җитештерүдә чыгым материаллары буларак кулланыла, аларның төп күрсәткечләренә каплауның бер төрлелеге, җылылык киңәю коэффициенты һәм җылылык үткәрүчәнлеге керә. Кытайда SiC каплауларына эчке ихтыяҗ зур булса да, технология әле өлгермәгән. Чит илләрдә бу өлкәдә АКШның бер генә компаниясе эшли, һәм аның продукциясе чагыштырмача кыйммәт.
Кристалл көймәләрэпитаксиаль җитештерүдә кулланыла торган чыгым материаллары, алар SiC белән капланган графитты алыштыра ала, гәрчә базар күләме аз булса да. Аннары TaC белән капланган графит килә, ул ялангач графит яки SiC белән капланган графитка караганда химик коррозиягә яхшырак чыдамлык күрсәтә, ләкин ул бик кыйммәт һәм әле үсешнең башлангыч этапларында. Хәзерге вакытта, мәсәлән, эчке компанияләр, мәсәлән,Люфанг ярымүткәргеч, Семицера, һәмVetek ярымүткәргечбу өлкәдә фәнни-тикшеренү һәм тәҗрибә-конструкторлык эшләре белән шөгыльләнәләр.
Бастырып чыгару вакыты: 2026 елның 20 мае