SiC bilan qoplangan grafit asoslari odatda metall-organik kimyoviy bug' cho'ktirish (MOCVD) uskunalarida monokristalli substratlarni qo'llab-quvvatlash va isitish uchun ishlatiladi. SiC bilan qoplangan grafit asosining issiqlik barqarorligi, issiqlik bir xilligi va boshqa ishlash parametrlari epitaksial material o'sishi sifatida hal qiluvchi rol o'ynaydi, shuning uchun u MOCVD uskunasining asosiy komponenti hisoblanadi.
Plastinka ishlab chiqarish jarayonida, qurilmalarni ishlab chiqarishni osonlashtirish uchun ba'zi plastina substratlariga epitaksial qatlamlar qo'shimcha ravishda quriladi. Odatdagi LED yorug'lik chiqaradigan qurilmalar kremniy substratlarida GaAs epitaksial qatlamlarini tayyorlashi kerak; SiC epitaksial qatlami yuqori kuchlanish, yuqori tok va boshqa quvvat dasturlari uchun SBD, MOSFET va boshqalar kabi qurilmalarni qurish uchun o'tkazuvchan SiC substratida o'stiriladi; GaN epitaksial qatlami HEMT va aloqa kabi RF dasturlari uchun boshqa qurilmalarni qo'shimcha ravishda qurish uchun yarim izolyatsiyalangan SiC substratida quriladi. Bu jarayon CVD uskunalaridan ajralmasdir.
CVD uskunalarida substratni to'g'ridan-to'g'ri metallga yoki shunchaki epitaksial cho'ktirish uchun asosga qo'yish mumkin emas, chunki u gaz oqimi (gorizontal, vertikal), harorat, bosim, fiksatsiya, ifloslantiruvchi moddalarning to'kilishi va ta'sir omillarining boshqa jihatlarini o'z ichiga oladi. Shuning uchun asos kerak bo'ladi, keyin substrat diskka joylashtiriladi va keyin epitaksial cho'ktirish CVD texnologiyasidan foydalangan holda substratga amalga oshiriladi va bu asos SiC bilan qoplangan grafit asosidir (shuningdek, laganda deb ham ataladi).
SiC bilan qoplangan grafit asoslari odatda metall-organik kimyoviy bug' cho'ktirish (MOCVD) uskunalarida monokristalli substratlarni qo'llab-quvvatlash va isitish uchun ishlatiladi. SiC bilan qoplangan grafit asosining issiqlik barqarorligi, issiqlik bir xilligi va boshqa ishlash parametrlari epitaksial material o'sishi sifatida hal qiluvchi rol o'ynaydi, shuning uchun u MOCVD uskunasining asosiy komponenti hisoblanadi.
Metall-organik kimyoviy bug'larni cho'ktirish (MOCVD) ko'k LEDda GaN plyonkalarini epitaksial o'stirishning asosiy texnologiyasidir. U oddiy ishlash, boshqariladigan o'sish tezligi va GaN plyonkalarining yuqori sofligi kabi afzalliklarga ega. MOCVD uskunasining reaksiya kamerasida muhim komponent sifatida GaN plyonka epitaksial o'sishi uchun ishlatiladigan rulman asosi yuqori haroratga chidamlilik, bir xil issiqlik o'tkazuvchanligi, yaxshi kimyoviy barqarorlik, kuchli issiqlik zarbasiga chidamlilik va boshqalar kabi afzalliklarga ega bo'lishi kerak. Grafit materiali yuqoridagi shartlarga javob berishi mumkin.
MOCVD uskunasining asosiy tarkibiy qismlaridan biri sifatida grafit asos substratning tashuvchisi va isitish korpusi bo'lib, u plyonka materialining bir xilligi va sofligini bevosita belgilaydi, shuning uchun uning sifati epitaksial varaqni tayyorlashga bevosita ta'sir qiladi va shu bilan birga, foydalanish sonining ko'payishi va ish sharoitlarining o'zgarishi bilan uni kiyish juda oson, sarflanadigan materiallarga tegishli.
Grafit ajoyib issiqlik o'tkazuvchanligi va barqarorligiga ega bo'lsa-da, u MOCVD uskunasining asosiy komponenti sifatida yaxshi afzalliklarga ega, ammo ishlab chiqarish jarayonida grafit korroziv gazlar va metall organik moddalar qoldiqlari tufayli kukunni zanglaydi va grafit asosining xizmat qilish muddati sezilarli darajada kamayadi. Shu bilan birga, grafit kukunining tushishi chipning ifloslanishiga olib keladi.
Qoplama texnologiyasining paydo bo'lishi sirt kukunini fiksatsiya qilishni ta'minlashi, issiqlik o'tkazuvchanligini oshirishi va issiqlik taqsimotini tenglashtirishi mumkin, bu esa ushbu muammoni hal qilishning asosiy texnologiyasiga aylandi. MOCVD uskunalaridan foydalanish muhitida grafit asosli sirt qoplamasi quyidagi xususiyatlarga javob berishi kerak:
(1) Grafit asosini to'liq o'rash mumkin va zichligi yaxshi, aks holda grafit asosini korroziv gazda korroziyalash oson.
(2) Grafit asos bilan birikma kuchi yuqori bo'lib, qoplamaning bir nechta yuqori harorat va past harorat sikllaridan keyin osongina tushib ketmasligiga ishonch hosil qiladi.
(3) Yuqori harorat va korroziy atmosferada qoplamaning buzilishining oldini olish uchun yaxshi kimyoviy barqarorlikka ega.
SiC korroziyaga chidamlilik, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, termal zarbaga chidamlilik va yuqori kimyoviy barqarorlik kabi afzalliklarga ega va GaN epitaksial atmosferasida yaxshi ishlashi mumkin. Bundan tashqari, SiC ning issiqlik kengayish koeffitsienti grafitnikidan juda kam farq qiladi, shuning uchun SiC grafit asosining sirt qoplamasi uchun afzal material hisoblanadi.
Hozirgi vaqtda keng tarqalgan SiC asosan 3C, 4H va 6H turlaridan iborat bo'lib, turli kristall turlarining SiC dan foydalanishi har xil. Masalan, 4H-SiC yuqori quvvatli qurilmalarni ishlab chiqarishi mumkin; 6H-SiC eng barqaror bo'lib, fotoelektrik qurilmalarni ishlab chiqarishi mumkin; GaN ga o'xshash tuzilishi tufayli 3C-SiC GaN epitaksial qatlamini ishlab chiqarish va SiC-GaN RF qurilmalarini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. 3C-SiC shuningdek, β-SiC sifatida ham tanilgan va β-SiC ning muhim qo'llanilishi plyonka va qoplama materiali sifatida hisoblanadi, shuning uchun β-SiC hozirda qoplama uchun asosiy material hisoblanadi.
Silikon karbid qoplamasini tayyorlash usuli
Hozirgi vaqtda SiC qoplamasini tayyorlash usullari asosan gel-sol usuli, joylashtirish usuli, cho'tka bilan qoplash usuli, plazma purkash usuli, kimyoviy gaz reaksiya usuli (CVR) va kimyoviy bug' cho'ktirish usuli (CVD) ni o'z ichiga oladi.
Joylashtirish usuli:
Usul yuqori haroratli qattiq fazali sinterlashning bir turi bo'lib, asosan Si kukuni va C kukuni aralashmasini joylashtirish kukuni sifatida ishlatadi, grafit matritsasi joylashtirish kukuniga joylashtiriladi va yuqori haroratli sinterlash inert gazda amalga oshiriladi va nihoyat grafit matritsasi yuzasida SiC qoplamasi olinadi. Jarayon oddiy va qoplama va substrat o'rtasidagi kombinatsiya yaxshi, lekin qoplamaning qalinlik yo'nalishi bo'ylab bir xilligi yomon, bu esa ko'proq teshiklar hosil qilish va oksidlanishga chidamlilikning yomonlashishiga olib keladi.
Cho'tka bilan qoplash usuli:
Cho'tka bilan qoplash usuli asosan suyuq xom ashyoni grafit matritsasi yuzasiga cho'tka bilan surtish va keyin qoplamani tayyorlash uchun xom ashyoni ma'lum bir haroratda quritishdan iborat. Jarayon oddiy va narxi past, ammo cho'tka bilan qoplash usuli bilan tayyorlangan qoplama substrat bilan birgalikda zaif, qoplamaning bir xilligi yomon, qoplama yupqa va oksidlanishga chidamliligi past va bunga yordam berish uchun boshqa usullar kerak.
Plazma purkash usuli:
Plazma purkash usuli asosan eritilgan yoki yarim erigan xom ashyolarni grafit matritsasining yuzasiga plazma tabancasi bilan purkash, so'ngra qotib, birlashtirilib, qoplama hosil qilishdan iborat. Usulni ishlatish oson va nisbatan zich kremniy karbid qoplamasini tayyorlashi mumkin, ammo usul bilan tayyorlangan kremniy karbid qoplamasi ko'pincha juda zaif bo'ladi va zaif oksidlanish qarshiligiga olib keladi, shuning uchun u odatda qoplama sifatini yaxshilash uchun SiC kompozit qoplamasini tayyorlash uchun ishlatiladi.
Gel-sol usuli:
Gel-sol usuli asosan matritsa yuzasini qoplaydigan bir xil va shaffof sol eritmasini tayyorlash, gelga aylantirish va keyin qoplama olish uchun sinterlashdan iborat. Bu usulni ishlatish oson va arzon, ammo ishlab chiqarilgan qoplamaning ba'zi kamchiliklari, masalan, past issiqlik zarbasiga chidamliligi va oson yorilishi mavjud, shuning uchun uni keng qo'llash mumkin emas.
Kimyoviy gaz reaksiyasi (KGR):
CVR asosan yuqori haroratda SiO bug'ini hosil qilish uchun Si va SiO2 kukuni yordamida SiC qoplamasini hosil qiladi va C material substratining yuzasida bir qator kimyoviy reaksiyalar sodir bo'ladi. Ushbu usul bilan tayyorlangan SiC qoplamasi substratga chambarchas bog'langan, ammo reaksiya harorati yuqoriroq va narxi yuqoriroq.
Kimyoviy bug'lanish cho'kishi (KBCh):
Hozirgi vaqtda CVD substrat yuzasida SiC qoplamasini tayyorlashning asosiy texnologiyasi hisoblanadi. Asosiy jarayon gaz fazasi reaktiv materialining substrat yuzasida bir qator fizik va kimyoviy reaksiyalari bo'lib, nihoyat SiC qoplamasi substrat yuzasiga cho'ktirish orqali tayyorlanadi. CVD texnologiyasi bilan tayyorlangan SiC qoplamasi substrat yuzasiga chambarchas bog'langan bo'lib, bu substrat materialining oksidlanish qarshiligi va ablativ qarshiligini samarali ravishda yaxshilashi mumkin, ammo bu usulning cho'ktirish vaqti uzoqroq va reaksiya gazida ma'lum bir zaharli gaz mavjud.
SiC bilan qoplangan grafit asosining bozor holati
Xorijiy ishlab chiqaruvchilar erta boshlaganlarida, ular aniq yetakchilikka va yuqori bozor ulushiga ega edilar. Xalqaro miqyosda SiC qoplangan grafit asosining asosiy yetkazib beruvchilari Gollandiyaning Xycard, Germaniya SGL Carbon (SGL), Yaponiya Toyo Carbon, Amerika Qo'shma Shtatlari MEMC va boshqa kompaniyalar bo'lib, ular asosan xalqaro bozorni egallaydi. Xitoy grafit matritsasi yuzasida SiC qoplamasini bir tekis o'stirishning asosiy yadro texnologiyasini buzgan bo'lsa-da, yuqori sifatli grafit matritsasi hali ham Germaniya SGL, Yaponiya Toyo Carbon va boshqa korxonalarga tayanadi, mahalliy korxonalar tomonidan taqdim etilgan grafit matritsasi issiqlik o'tkazuvchanligi, elastik modul, qattiq modul, panjara nuqsonlari va boshqa sifat muammolari tufayli xizmat muddatiga ta'sir qiladi. MOCVD uskunalari SiC qoplangan grafit asosini ishlatish talablariga javob bera olmaydi.
Xitoyning yarimo'tkazgichlar sanoati jadal rivojlanmoqda, MOCVD epitaksial uskunalarini lokalizatsiya qilish darajasining asta-sekin o'sishi va boshqa jarayonlarni qo'llash kengayishi bilan kelajakdagi SiC qoplangan grafit asosli mahsulot bozori tez o'sishi kutilmoqda. Dastlabki sanoat hisob-kitoblariga ko'ra, keyingi bir necha yil ichida ichki grafit asosli bozori 500 million yuandan oshadi.
SiC bilan qoplangan grafit asosi aralash yarimo'tkazgichlarni sanoatlashtirish uskunalarining asosiy tarkibiy qismi bo'lib, uni ishlab chiqarish va ishlab chiqarishning asosiy asosiy texnologiyasini o'zlashtirish va butun xom ashyo-jarayon-uskunalar sanoat zanjirini mahalliylashtirishni amalga oshirish Xitoyning yarimo'tkazgich sanoatini rivojlantirishni ta'minlash uchun katta strategik ahamiyatga ega. Mahalliy SiC bilan qoplangan grafit asoslari sohasi jadal rivojlanmoqda va mahsulot sifati tez orada xalqaro ilg'or darajaga yetishi mumkin.
Nashr vaqti: 2023-yil 24-iyul