Epitaksial qatlam - bu epitaksial jarayon orqali plastinka substratida o'stirilgan o'ziga xos monokristalli yupqa plyonka; substrat plastinka va epitaksial plyonka birgalikda epitaksial plastinka deb ataladi. Ular orasida o'tkazuvchan kremniy karbid substratida kremniy karbid epitaksial qatlamini o'stirish bir hil kremniy karbid epitaksial plastinkasini hosil qiladi, uni keyinchalik Schottky diodlari, MOSFETlar va IGBT kabi quvvat qurilmalariga aylantirish mumkin. Eng ko'p ishlatiladigan substrat turi 4H-SiC substratidir.
Deyarli barcha qurilmalar epitaksial qatlamlarda ishlab chiqarilganligi sababli, epitaksial qatlamning sifati qurilmaning ishlashiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Biroq, epitaksial qatlamning sifatiga kristall va substratni qayta ishlash ta'sir qiladi, bu uni sanoatda muhim bosqichga olib chiqadi va uning rivojlanishida hal qiluvchi rol o'ynaydi.
Kremniy karbid epitaksial qatlamlarini tayyorlashning asosiy usullari quyidagilarni o'z ichiga oladi: bug' cho'ktirish; suyuq fazali epitaksiya (LPE); molekulyar nurli epitaksiya (MBE); va kimyoviy bug' cho'ktirish (CVD). Ular orasida kimyoviy bug' cho'ktirish (CVD) 4H-SiC bir hil epitaksiyasi uchun eng keng qo'llaniladigan usul hisoblanadi. 4H-SiC CVD epitaksiyasi odatda CVD uskunalaridan foydalanadi, bu esa yuqori o'sish harorati ostida 4H-SiC kristall tuzilishining uzluksizligini ta'minlaydi.
CVD uskunalarida substratni to'g'ridan-to'g'ri metall yuzaga yoki shunchaki epitaksial cho'ktirish uchun asosga qo'yish mumkin emas, chunki bu gaz oqimining yo'nalishi (gorizontal, vertikal), harorat, bosim, fiksatsiya va to'kiladigan zarrachalardan ifloslanish kabi turli ta'sir qiluvchi omillarni o'z ichiga oladi. Shuning uchun tayanch asos talab qilinadi; substrat laganda ustiga qo'yiladi va keyin CVD texnologiyasidan foydalangan holda substratda epitaksial cho'ktirish amalga oshiriladi. Ushbu tayanch asos SiC bilan qoplangan grafit asosidir.
Asosiy komponent sifatida grafit substrati yuqori o'ziga xos mustahkamlik va o'ziga xos modulga, shuningdek, yaxshi issiqlik zarbasi va korroziyaga chidamlilikka ega. Biroq, ishlab chiqarish jarayonida grafit korroziyali gazlar va qoldiq organometallik birikmalar tufayli korroziyaga va kukun to'kilishiga uchraydi, bu esa substratning xizmat qilish muddatini sezilarli darajada qisqartiradi. Shu bilan birga, to'kilgan grafit kukuni chiplarni ifloslantirishi mumkin. Kremniy karbid epitaksial plitalarini ishlab chiqarishda grafit materiallariga bo'lgan tobora qattiq talablarni qondirish tobora qiyinlashib bormoqda, bu ularning rivojlanishi va amaliy qo'llanilishini jiddiy ravishda cheklab qo'yadi. Natijada,qoplama texnologiyasiyechim sifatida paydo bo'ldi.
Yarimo'tkazgichlar sanoatida SiC qoplamalarining afzalliklari
Qoplamalarning fizik va kimyoviy xossalari yuqori harorat va korroziyaga chidamlilik bo'yicha qat'iy talablarga javob berishi kerak, chunki ular mahsulotning hosildorligi va ishlash muddatiga bevosita ta'sir qiladi. SiC materiali yuqori mustahkamlik, yuqori qattiqlik, past issiqlik kengayish koeffitsienti va a'lo issiqlik o'tkazuvchanligiga ega, bu esa uni yuqori haroratli strukturaviy va yarimo'tkazgich material sifatida muhim qiladi. Grafit substratlariga qo'llanilganda, uning afzalliklari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
1) SiC korroziyaga chidamli va grafit substratini to'liq qoplashi mumkin. Uning yuqori zichligi korroziv gazlarning shikastlanishining oldini oladi.
2) SiC yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga va grafit substrati bilan kuchli bog'lanish kuchiga ega, bu esa takroriy yuqori-past haroratli sikllardan keyin ham qoplamaning butunligini ta'minlaydi.
3) SiC yuqori haroratli, korroziy atmosferada qoplamaning buzilishini oldini olish uchun ajoyib kimyoviy barqarorlikka ega.
Bundan tashqari, turli materiallardan tayyorlangan epitaksial pechlar ma'lum ishlash xususiyatlariga ega grafit patnislarini talab qiladi. Grafit materialining issiqlik kengayish koeffitsienti epitaksial pechning o'sish haroratiga mos kelishi kerak. Masalan, kremniy karbid epitaksiyasi uchun o'sish harorati yuqori bo'lgani uchun, issiqlik kengayish koeffitsientiga mos keladigan yuqori darajadagi patnislar talab qilinadi. SiC ning issiqlik kengayish koeffitsienti grafitnikidan juda kam farq qiladi, bu esa uni grafit substratlari yuzasini qoplash uchun afzal materialga aylantiradi.
SiC bir nechta kristall shakllarida mavjud bo'lib, eng keng tarqalgani hozirda 3C, 4H va 6H turlari bo'lib, ularning har biri turli xil qo'llanmalarga xizmat qiladi. Masalan, 4H-SiC yuqori quvvatli qurilmalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi; 6H-SiC eng barqaror bo'lib, optoelektron qurilmalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi; va 3C-SiC, GaN ga strukturaviy o'xshashligi tufayli, SiC-GaN RF qurilmalarini ishlab chiqarish uchun GaN epitaksial qatlamlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. 3C-SiC odatda β-SiC deb ham ataladi. β-SiC ning asosiy qo'llanilishi yupqa plyonka va qoplama materiali sifatida hisoblanadi; shuning uchun β-SiC hozirda qoplamalar uchun ishlatiladigan asosiy material hisoblanadi.
Yarimo'tkazgichlar ishlab chiqarishda keng tarqalgan iste'mol materiali sifatida SiC qoplamalari asosan substrat tayyorlash, epitaksiya, oksidlanish va diffuziya, o'yib ishlov berish va ion implantatsiyasi kabi jarayonlarda qo'llaniladi. Qoplamaning fizik va kimyoviy xususiyatlari yuqori haroratga chidamlilik va korroziyaga chidamlilikning qat'iy talablariga javob berishi kerak, chunki ular mahsulotning hosildorligi va ishlash muddatiga bevosita ta'sir qiladi. Natijada, SiC qoplamalarini tayyorlash juda muhimdir.
Silikon karbid qoplamalarini tayyorlash jarayoni
Hozirgi vaqtda SiC qoplamalarini tayyorlashning asosiy usullari orasida sol-gel usuli, joylashtirish usuli, cho'tka bilan qoplash, plazma purkash, kimyoviy bug 'reaksiyasi (CVR) va kimyoviy bug' cho'ktirish (CVD) mavjud.
Joylashtirish usuli
Bu usul yuqori haroratli qattiq holatdagi sinterlashning bir turi hisoblanadi. U asosan joylashtirish kukuni sifatida kremniy (Si) kukuni va uglerod (C) kukuni aralashmasidan foydalanadi. Grafit substrati joylashtirish kukuni ichiga joylashtiriladi va yuqori haroratlarda inert gaz atmosferasida sinterlanadi, natijada grafit substrati yuzasida SiC qoplamasi hosil bo'ladi. Bu usul oddiy jarayon va qoplama va substrat o'rtasida yaxshi yopishish xususiyatiga ega; ammo, qoplama qalinlik yo'nalishi bo'yicha yomon bir xillikni namoyon etadi va ko'plab teshiklarni hosil qilishga moyil bo'ladi, bu esa oksidlanishga qarshilikning yomonlashishiga olib keladi.
Cho'tka bilan qoplash usuli
Cho'tka bilan qoplash usuli asosan suyuq xom ashyoni grafit substratining yuzasiga surtishni, so'ngra qoplama hosil qilish uchun materialni ma'lum bir haroratda quritishni o'z ichiga oladi. Bu usul oddiy va tejamkor; ammo, natijada hosil bo'lgan qoplama substratga zaif yopishishni, yomon bir xillikni namoyon etadi va nisbatan yupqa bo'lib, past oksidlanishga chidamlilikka ega, bu esa qo'shimcha usullarni talab qiladi.
Plazma purkash usuli
Plazma purkash usuli eritilgan yoki yarim erigan xom ashyoni grafit substrati yuzasiga purkash uchun plazma tabancasidan foydalanishni o'z ichiga oladi, keyin u qattiqlashadi va qoplama hosil qilish uchun bog'lanadi. Bu usulni ishlatish oson va nisbatan zich kremniy karbid qoplamalarini ishlab chiqarishi mumkin; ammo, natijada hosil bo'lgan qoplamalar ko'pincha juda yupqa bo'ladi, bu esa oksidlanishga chidamlilikning pasayishiga olib keladi. Shuning uchun, u odatda qoplama sifatini yaxshilash uchun SiC kompozit qoplamalarini tayyorlashda qo'llaniladi.
Gel-Sol usuli
Gel-sol usuli asosan substrat yuzasini qoplash uchun bir xil, shaffof sol eritmasini tayyorlashni o'z ichiga oladi. Jelga quritgandan so'ng, material qoplama hosil qilish uchun sinterlanadi. Bu usulni ishlatish oson va nisbatan arzon; ammo, natijada olingan qoplamalar past issiqlik zarbasiga chidamlilik va yorilish tendentsiyasi kabi kamchiliklarga ega, bu esa ularning keng qo'llanilishini cheklaydi.
Kimyoviy bug'lanish reaksiyasi (CVR) usuli
CVR asosan yuqori haroratlarda SiO₂ bug'ini hosil qilish uchun Si va SiO₂ kukunlaridan foydalanadi, bu esa SiC qoplamasini hosil qilish uchun Si substrati yuzasida bir qator kimyoviy reaksiyalarni keltirib chiqaradi. Ushbu usul bilan ishlab chiqarilgan SiC qoplamasi substratga mahkam bog'lanadi; ammo, reaksiya harorati yuqori va narxi ham nisbatan yuqori.
Kimyoviy bug'lanish (KBD)
CVD hozirda substrat yuzalarida SiC qoplamalarini tayyorlashning asosiy texnologiyasi hisoblanadi. Asosiy jarayon gazsimon reaktivlar va substrat yuzasi o'rtasida bir qator fizik-kimyoviy reaksiyalarni o'z ichiga oladi, natijada SiC qoplamasi cho'ktiriladi. CVD texnologiyasi yordamida ishlab chiqarilgan SiC qoplamalari substrat yuzasiga mahkam bog'lanadi va substrat materialining oksidlanishga chidamliligi va ablatsiyaga chidamliligini samarali ravishda oshirishi mumkin; ammo, bu usul nisbatan uzoq cho'ktirish vaqtini talab qiladi va reaksiya gazlari ma'lum zaharli komponentlarni o'z ichiga oladi.
SiC qoplamalaridagi tendentsiyalar
SiC qoplamalari asosan yarimo'tkazgichlar ishlab chiqarishda sarflanadigan materiallar sifatida ishlatiladi, asosiy ishlash ko'rsatkichlari qoplamaning bir xilligi, issiqlik kengayish koeffitsienti va issiqlik o'tkazuvchanligini o'z ichiga oladi. Xitoyda SiC qoplamalariga katta talab mavjud bo'lsa-da, texnologiya hali ham rivojlanmagan. Chet elda bu sohada faqat bitta AQSh kompaniyasi faoliyat yuritadi va uning mahsulotlari nisbatan qimmat.
Kristall qayiqlarepitaksial ishlab chiqarishda ishlatiladigan sarf materiallari bo'lib, ular SiC bilan qoplangan grafit o'rnini bosishi mumkin, garchi bozor hajmi kichik bo'lsa ham. Keyingi o'rinda TaC bilan qoplangan grafit turadi, u yalang'och grafit yoki SiC bilan qoplangan grafitga qaraganda yaxshiroq kimyoviy korroziyaga chidamlilikni taklif etadi, ammo u juda qimmat va hali ham rivojlanishning dastlabki bosqichida. Hozirda, masalan, mahalliy kompaniyalar, masalan,Liufang yarimo'tkazgich, SemiceravaVetek yarimo'tkazgichushbu sohada ilmiy-tadqiqot ishlari bilan shug'ullanadilar.
Nashr vaqti: 2026-yil 20-may