Τι είναι το Sicceptor με επικαλυμμένο με SIC;

Εικόνα 1. Sefceptor με επικαλυμμένο με επικάλυψη SIC

1. Επιταξιακό στρώμα και ο εξοπλισμός του

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής πλακιδίων, πρέπει να οικοδομήσουμε περαιτέρω ένα επιταξιακό στρώμα σε ορισμένα υποστρώματα πλακιδίων για να διευκολυνθεί η κατασκευή συσκευών. Η επιταξία αναφέρεται στη διαδικασία καλλιέργειας ενός νέου ενιαίου κρύσταλλο σε ένα μόνο κρύσταλλο υπόστρωμα που έχει υποβληθεί προσεκτικά σε επεξεργασία με κοπή, λείανση και στίλβωση. Ο νέος ενιαίος κρύσταλλος μπορεί να είναι το ίδιο υλικό με το υπόστρωμα ή ένα διαφορετικό υλικό (ομοεπαϊκό ή ετεροεπιταξιακό). Δεδομένου ότι το νέο μονό κρυστάλλινο στρώμα αναπτύσσεται κατά μήκος της κρυσταλλικής φάσης του υποστρώματος, ονομάζεται επιταξιακό στρώμα και η κατασκευή συσκευών πραγματοποιείται στο επιταξιακό στρώμα. 

Για παράδειγμα, αΕπιταξιακόςΤο στρώμα παρασκευάζεται σε ένα υπόστρωμα πυριτίου για συσκευές εκπομπής φωτός LED. έναΕπιταξιακόςΤο στρώμα αναπτύσσεται σε ένα αγώγιμο υπόστρωμα SIC για την κατασκευή SBD, MOSFET και άλλων συσκευών σε εφαρμογές ισχύος. Ένα επιταξιακό στρώμα GAN κατασκευάζεται σε ένα ημι-οικοδομικό υπόστρωμα SIC για περαιτέρω συσκευές κατασκευής όπως το HEMT σε εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων όπως οι επικοινωνίες. Παράμετροι όπως το πάχος των επιταξιακών υλικών SIC και της συγκέντρωσης φορέα υποβάθρου καθορίζουν άμεσα τις διάφορες ηλεκτρικές ιδιότητες των συσκευών SIC. Σε αυτή τη διαδικασία, δεν μπορούμε να κάνουμε χωρίς εξοπλισμό χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD).

Εικόνα 2.

2. Σημασία του SIC Coated Graphite Sensceptor σε εξοπλισμό CVD

Στον εξοπλισμό CVD, δεν μπορούμε να τοποθετήσουμε το υπόστρωμα απευθείας στο μέταλλο ή απλά σε μια βάση για επιταξιακή εναπόθεση, επειδή περιλαμβάνει πολλούς παράγοντες όπως η κατεύθυνση της ροής αερίου (οριζόντια, κάθετη), η θερμοκρασία, η πίεση, η σταθεροποίηση και οι μολυσματικές ουσίες. Ως εκ τούτου, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε έναν αισθητήρα (μεταφορέας δίσκου) να τοποθετήσετε το υπόστρωμα σε ένα δίσκο και να χρησιμοποιήσετε την τεχνολογία CVD για να εκτελέσετε επιταξιακή εναπόθεση σε αυτό. Αυτός ο αισθητήρας είναι ο επικαλυμμένος με το SIC Sensceptor (που ονομάζεται επίσης δίσκος).

2.1 Εφαρμογή του SIC Coated Graphite Sensceptor σε εξοπλισμό MOCVD

Ο επικαλυμμένος με το SIC Graphite Sensceptor διαδραματίζει βασικό ρόλο στοΕξοπλισμός μεταλλικού οργανικού χημικού ατμού (MOCVD)για την υποστήριξη και τη θέρμανση των ενιαίων κρυστάλλων. Η θερμική σταθερότητα και η θερμική ομοιομορφία αυτού του αισθητήρα είναι ζωτικής σημασίας για την ποιότητα των επιταξιακών υλικών, επομένως θεωρείται ως αναπόσπαστο βασικό συστατικό στον εξοπλισμό MOCVD. Η τεχνολογία μεταλλικού οργανικού χημικού ατμού (MOCVD) χρησιμοποιείται προς το παρόν ευρέως στην επιταξιακή ανάπτυξη των λεπτών μεμβρανών GaN σε μπλε LED, επειδή έχει τα πλεονεκτήματα της απλής λειτουργίας, τον ελεγχόμενο ρυθμό ανάπτυξης και την υψηλή καθαρότητα.

Ως ένα από τα βασικά συστατικά του εξοπλισμού MOCVD, ο Vetek Semiconductor Graphite Sensceptor είναι υπεύθυνος για την υποστήριξη και τη θέρμανση των ενιαίων κρυστάλλων υποστρωμάτων, τα οποία επηρεάζουν άμεσα την ομοιομορφία και την καθαρότητα των υλικών λεπτών φιλμ και επομένως σχετίζονται με την ποιότητα παρασκευής των επιταξιακών πλακών. Καθώς ο αριθμός των χρήσεων αυξάνεται και το εργασιακό περιβάλλον αλλάζει, ο ομοφυλόφιλος γραφίτη είναι επιρρεπής σε φθορά και ως εκ τούτου ταξινομείται ως αναλώσιμος.

2.2. Χαρακτηριστικά του SIC με επικαλυμμένο γραφίτη

Για να καλύψουν τις ανάγκες του εξοπλισμού MOCVD, η επίστρωση που απαιτείται για τον Sensceptor του γραφίτη πρέπει να έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά για να πληροί τα ακόλουθα πρότυπα:

✔ Καλή κάλυψη: Η επικάλυψη SIC πρέπει να καλύπτει πλήρως τον ευαισθησία και να έχει υψηλό βαθμό πυκνότητας για να αποφευχθεί η βλάβη σε ένα διαβρωτικό περιβάλλον αερίου.

✔ Υψηλή δύναμη συγκόλλησης: Η επικάλυψη θα πρέπει να είναι σταθερά συνδεδεμένη με την ευαισθησία και δεν είναι εύκολο να πέσει μετά από πολλαπλούς κύκλους υψηλής θερμοκρασίας και χαμηλής θερμοκρασίας.

✔ Καλή χημική σταθερότητα: Η επικάλυψη πρέπει να έχει καλή χημική σταθερότητα για να αποφύγει την αποτυχία σε υψηλής θερμοκρασίας και διαβρωτικές ατμόσφαιρες.

2.3 Δυσκολίες και προκλήσεις στην αντιστοίχιση υλικών καρβιδίου γραφίτη και πυριτίου

Το καρβίδιο του πυριτίου (SIC) εκτελεί καλά στις επιταξιακές ατμόσφαιρες του GaN λόγω των πλεονεκτημάτων του, όπως η αντίσταση στη διάβρωση, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η αντοχή σε θερμικό σοκ και η καλή χημική σταθερότητα. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι παρόμοιος με αυτόν του γραφίτη, καθιστώντας τον το προτιμώμενο υλικό για τις επικαλύψεις του γραφίτη.

Ωστόσο, τελικά,γραφίτηςκαικαρβίδιο πυριτίουείναι δύο διαφορετικά υλικά και θα εξακολουθούν να υπάρχουν καταστάσεις όπου η επικάλυψη έχει σύντομη διάρκεια ζωής, είναι εύκολο να μειωθεί και αυξάνει το κόστος λόγω διαφορετικών συντελεστών θερμικής επέκτασης. 

3. Τεχνολογία επίστρωσης SIC

3.1. Κοινοί τύποι SIC

Επί του παρόντος, οι συνήθεις τύποι SIC περιλαμβάνουν 3C, 4H και 6H και διαφορετικοί τύποι SIC είναι κατάλληλοι για διαφορετικούς σκοπούς. Για παράδειγμα, το 4H-SIC είναι κατάλληλο για την κατασκευή συσκευών υψηλής ισχύος, το 6H-SIC είναι σχετικά σταθερό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οπτοηλεκτρονικές συσκευές και το 3C-SIC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προετοιμασία των επιταξιακών στρωμάτων GaN και την κατασκευή συσκευών RF SIC-GAN λόγω της παρόμοιας δομής του με το GAN. Το 3C-SIC αναφέρεται επίσης ως β-SIC, το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως για λεπτές μεμβράνες και υλικά επικάλυψης. Ως εκ τούτου, το β-SIC είναι επί του παρόντος ένα από τα κύρια υλικά για επικαλύψεις.

3.2.Επίστρωση καρβιδίου πυριτίουμέθοδος προετοιμασίας

Υπάρχουν πολλές επιλογές για την παρασκευή επικαλύψεων καρβιδίου πυριτίου, συμπεριλαμβανομένης της μεθόδου πηκτής, της μεθόδου ψεκασμού, της μεθόδου ψεκασμού δέσμης ιόντων, της μεθόδου αντίδρασης χημικών ατμών (CVR) και της μεθόδου εναπόθεσης χημικών ατμών (CVD). Μεταξύ αυτών, η μέθοδος εναπόθεσης χημικών ατμών (CVD) είναι σήμερα η κύρια τεχνολογία για την προετοιμασία των επιχρισμάτων SIC. Αυτή η μέθοδος καταθέτει τις επικαλύψεις SIC στην επιφάνεια του υποστρώματος μέσω της αντίδρασης αερίου φάσης, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα της στενής συγκόλλησης μεταξύ της επικάλυψης και του υποστρώματος, βελτιώνοντας την αντίσταση οξείδωσης και την αντοχή στην αφαίρεση του υλικού του υποστρώματος.

Η μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης υψηλής θερμοκρασίας, τοποθετώντας το υπόστρωμα γραφίτη στη σκόνη ενσωμάτωσης και την πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή θερμοκρασία κάτω από αδρανή ατμόσφαιρα, σχηματίζει τελικά μια επίστρωση SIC στην επιφάνεια του υποστρώματος, η οποία ονομάζεται μέθοδος ενσωμάτωσης. Αν και αυτή η μέθοδος είναι απλή και η επικάλυψη είναι στενά συνδεδεμένη με το υπόστρωμα, η ομοιομορφία της επικάλυψης στην κατεύθυνση πάχους είναι φτωχή και οι οπές είναι επιρρεπείς σε εμφανίζονται, γεγονός που μειώνει την αντίσταση οξείδωσης.

✔ Η μέθοδος ψεκασμούΠεριλαμβάνει ψεκασμό υγρών πρώτων υλών στην επιφάνεια του υποστρώματος γραφίτη και στη συνέχεια στερεοποιεί τις πρώτες ύλες σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία για να σχηματίσει μια επικάλυψη. Αν και αυτή η μέθοδος είναι χαμηλού κόστους, η επικάλυψη είναι ασθενώς συνδεδεμένη με το υπόστρωμα και η επικάλυψη έχει κακή ομοιομορφία, λεπτό πάχος και κακή αντοχή στην οξείδωση και συνήθως απαιτεί πρόσθετη θεραπεία.

✔ Τεχνολογία ψεκασμού δέσμης ιόντωνΧρησιμοποιεί ένα όπλο δέσμης ιόντων για να ψεκάσει λιωμένο ή μερικώς τετηγμένο υλικό στην επιφάνεια ενός υπόστρωμα γραφίτη, το οποίο στη συνέχεια στερεοποιεί και δεσμεύει για να σχηματίσει μια επικάλυψη. Αν και η λειτουργία είναι απλή και μπορεί να παράγει μια σχετικά πυκνή επίστρωση καρβιδίου πυριτίου, η επικάλυψη είναι εύκολο να σπάσει και έχει κακή αντίσταση οξείδωσης. Συνήθως χρησιμοποιείται για την προετοιμασία σύνθετων επικαλύψεων SIC υψηλής ποιότητας.

✔ Μέθοδος Sol-Gel, αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει την παρασκευή ενός ομοιόμορφου και διαφανούς διαλύματος SOL, την εφαρμογή του στην επιφάνεια του υποστρώματος και στη συνέχεια την ξήρανση και την πυροσυσσωμάτωση για να σχηματίσει μια επίστρωση. Παρόλο που η λειτουργία είναι απλή και το κόστος είναι χαμηλό, η προετοιμασμένη επικάλυψη έχει χαμηλή αντοχή σε θερμικό σοκ και είναι επιρρεπής σε ρωγμές, επομένως το εύρος εφαρμογής της είναι περιορισμένο.

✔ Τεχνολογία αντίδρασης χημικών ατμών (CVR): Η CVR χρησιμοποιεί σκόνη SI και SiO2 για να παράγει ατμούς SiO και σχηματίζει μια επίστρωση SIC με χημική αντίδραση στην επιφάνεια του υποστρώματος του υλικού άνθρακα. Αν και μπορεί να παρασκευαστεί μια σφιχτά συνδεδεμένη επικάλυψη, απαιτείται υψηλότερη θερμοκρασία αντίδρασης και το κόστος είναι υψηλό.

✔ Χημική εναπόθεση ατμών (CVD): Η CVD είναι σήμερα η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία για την παρασκευή επιχρισμάτων SIC και οι επικαλύψεις SIC σχηματίζονται από αντιδράσεις αερίου φάσης στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η επικάλυψη που παρασκευάζεται με αυτή τη μέθοδο συνδέεται στενά με το υπόστρωμα, το οποίο βελτιώνει την αντίσταση της οξείδωσης και την αντοχή στην αφαίρεση του υποστρώματος, αλλά απαιτεί μακρύ χρόνο εναπόθεσης και το αέριο αντίδρασης μπορεί να είναι τοξικό.

Σχήμα 3. Χημικό διάγραμμα εναπόθεσης ατμών

4. Ανταγωνισμός αγοράς καιΕίναι ημιαγωγόςΤεχνολογική καινοτομία

Στην αγορά υποστρώματος γραφίτη με επικάλυψη SIC, οι ξένοι κατασκευαστές ξεκίνησαν νωρίτερα, με προφανή κορυφαία πλεονεκτήματα και υψηλότερο μερίδιο αγοράς. Σε διεθνές επίπεδο, η XyCard στις Κάτω Χώρες, η SGL στη Γερμανία, η Toyo Tanso στην Ιαπωνία και η MEMC στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι προμηθευτές και βασικά μονοπωλούν τη διεθνή αγορά. Ωστόσο, η Κίνα έχει πλέον σπάσει μέσω της βασικής τεχνολογίας των ομοιόμορφα αναπτυσσόμενων επιχρισμάτων SIC στην επιφάνεια των υποστρωμάτων γραφίτη και η ποιότητά της έχει επαληθευτεί από εγχώριους και ξένους πελάτες. Ταυτόχρονα, έχει επίσης ορισμένα ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα στην τιμή, τα οποία μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις του εξοπλισμού MOCVD για τη χρήση υποστρωμάτων γραφίτη με επικάλυψη SIC. 

Ο Vetek Semiconductor έχει ασχοληθεί με την έρευνα και την ανάπτυξη στον τομέα τουΕπιχρίσματαγια περισσότερα από 20 χρόνια. Ως εκ τούτου, έχουμε ξεκινήσει την ίδια τεχνολογία Buffer Layer με το SGL. Μέσω της ειδικής τεχνολογίας επεξεργασίας, μπορεί να προστεθεί ένα στρώμα buffer μεταξύ του καρβιδίου γραφίτη και του πυριτίου για να αυξηθεί η διάρκεια ζωής κατά περισσότερο από δύο φορές.