أجزاء أشباه الموصلات - قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC

تُستخدم قواعد الجرافيت المطلية بـ SiC بشكل شائع لدعم وتسخين الركائز البلورية المفردة في معدات ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD). يلعب الاستقرار الحراري، والتوحيد الحراري ومعايير الأداء الأخرى لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC دورًا حاسمًا في جودة نمو المواد الفوقي، لذلك فهو المكون الرئيسي الأساسي لمعدات MOCVD.

في عملية تصنيع الرقاقات، يتم بناء الطبقات الفوقية أيضًا على بعض ركائز الرقاقات لتسهيل تصنيع الأجهزة. تحتاج الأجهزة الباعثة للضوء LED النموذجية إلى إعداد طبقات الفوقي من GaAs على ركائز السيليكون؛ تتم زراعة الطبقة الفوقية من SiC على الركيزة الموصلة من SiC لبناء أجهزة مثل SBD وMOSFET وما إلى ذلك، لتطبيقات الجهد العالي والتيار العالي وتطبيقات الطاقة الأخرى؛ يتم إنشاء الطبقة الفوقية GaN على ركيزة SiC شبه معزولة لمواصلة بناء HEMT والأجهزة الأخرى لتطبيقات الترددات اللاسلكية مثل الاتصالات. هذه العملية لا يمكن فصلها عن معدات الأمراض القلبية الوعائية.

في معدات CVD، لا يمكن وضع الركيزة مباشرة على المعدن أو وضعها ببساطة على قاعدة للترسيب الفوقي، لأنها تتضمن تدفق الغاز (أفقيًا وعموديًا)، ودرجة الحرارة، والضغط، والتثبيت، وطرح الملوثات وغيرها من جوانب عوامل التأثير. لذلك، هناك حاجة إلى قاعدة، ومن ثم يتم وضع الركيزة على القرص، ومن ثم يتم إجراء الترسيب الفوقي على الركيزة باستخدام تقنية CVD، وهذه القاعدة هي قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC (المعروفة أيضًا باسم الدرج).

تُستخدم قواعد الجرافيت المطلية بـ SiC بشكل شائع لدعم وتسخين الركائز البلورية المفردة في معدات ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD). يلعب الاستقرار الحراري، والتوحيد الحراري ومعايير الأداء الأخرى لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC دورًا حاسمًا في جودة نمو المواد الفوقي، لذلك فهو المكون الرئيسي الأساسي لمعدات MOCVD.

يعد ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD) هو التقنية السائدة للنمو الفوقي لأفلام GaN في LED الأزرق. إنه يتميز بمزايا التشغيل البسيط ومعدل النمو الذي يمكن التحكم فيه والنقاء العالي لأفلام GaN. كمكون مهم في غرفة التفاعل لمعدات MOCVD، يجب أن تتمتع قاعدة المحمل المستخدمة للنمو الفوقي لفيلم GaN بمزايا مقاومة درجات الحرارة العالية، والتوصيل الحراري الموحد، والاستقرار الكيميائي الجيد، ومقاومة الصدمات الحرارية القوية، وما إلى ذلك. يمكن أن تلبي مادة الجرافيت الشروط المذكورة أعلاه.

باعتبارها واحدة من المكونات الأساسية لمعدات MOCVD، فإن قاعدة الجرافيت هي الناقل وجسم التسخين للركيزة، والتي تحدد بشكل مباشر توحيد ونقاء مادة الفيلم، وبالتالي فإن جودتها تؤثر بشكل مباشر على تحضير الورقة الفوقي، وفي نفس الوقت مع زيادة عدد الاستخدامات وتغيير ظروف العمل، من السهل جدًا ارتداؤها، تنتمي إلى المواد الاستهلاكية.

على الرغم من أن الجرافيت يتمتع بموصلية حرارية واستقرار ممتازين، إلا أنه يتمتع بميزة جيدة كمكون أساسي لمعدات MOCVD، ولكن في عملية الإنتاج، سوف يؤدي الجرافيت إلى تآكل المسحوق بسبب بقايا الغازات المسببة للتآكل والمواد العضوية المعدنية، وعمر خدمة الجرافيت سيتم تقليل قاعدة الجرافيت بشكل كبير. وفي الوقت نفسه، فإن مسحوق الجرافيت المتساقط سوف يسبب تلوثًا للرقاقة.

ظهور تكنولوجيا الطلاء يمكن أن يوفر تثبيت المسحوق السطحي، ويعزز التوصيل الحراري، ويعادل توزيع الحرارة، والتي أصبحت التكنولوجيا الرئيسية لحل هذه المشكلة. قاعدة الجرافيت في بيئة استخدام معدات MOCVD، يجب أن يفي طلاء سطح قاعدة الجرافيت بالخصائص التالية:

(1) يمكن تغليف قاعدة الجرافيت بالكامل، وتكون الكثافة جيدة، وإلا فمن السهل أن تتآكل قاعدة الجرافيت في الغاز المتآكل.

(2) قوة الجمع مع قاعدة الجرافيت عالية لضمان عدم سقوط الطلاء بسهولة بعد عدة دورات في درجات الحرارة المرتفعة ودرجات الحرارة المنخفضة.

(3) لديها استقرار كيميائي جيد لتجنب فشل الطلاء في درجات الحرارة المرتفعة والجو المسبب للتآكل.

يتمتع SiC بمزايا مقاومة التآكل، والتوصيل الحراري العالي، ومقاومة الصدمات الحرارية، والاستقرار الكيميائي العالي، ويمكن أن يعمل بشكل جيد في الجو الفوقي GaN. بالإضافة إلى ذلك، فإن معامل التمدد الحراري لـ SiC يختلف قليلًا جدًا عن معامل الجرافيت، لذلك فإن SiC هي المادة المفضلة لطلاء سطح قاعدة الجرافيت.

في الوقت الحاضر، SiC الشائع هو بشكل أساسي نوع 3C، 4H و6H، واستخدامات SiC لأنواع الكريستال المختلفة مختلفة. على سبيل المثال، يمكن لشركة 4H-SiC تصنيع أجهزة عالية الطاقة؛ 6H-SiC هو الأكثر استقرارًا ويمكنه تصنيع الأجهزة الكهروضوئية؛ نظرًا لبنيته المشابهة لـ GaN، يمكن استخدام 3C-SiC لإنتاج الطبقة الفوقية لـ GaN وتصنيع أجهزة SiC-GaN RF. يُعرف 3C-SiC أيضًا باسم β-SiC، والاستخدام المهم لـ β-SiC هو كفيلم ومواد طلاء، لذا فإن β-SiC هي المادة الرئيسية للطلاء حاليًا.

طريقة تحضير طلاء كربيد السيليكون

في الوقت الحاضر، تتضمن طرق تحضير طلاء SiC بشكل أساسي طريقة هلام سول، وطريقة التضمين، وطريقة طلاء الفرشاة، وطريقة رش البلازما، وطريقة تفاعل الغاز الكيميائي (CVR) وطريقة ترسيب البخار الكيميائي (CVD).

طريقة التضمين:

الطريقة عبارة عن نوع من تلبيد الطور الصلب ذو درجة الحرارة العالية، والذي يستخدم بشكل أساسي خليط مسحوق Si ومسحوق C كمسحوق التضمين، ويتم وضع مصفوفة الجرافيت في مسحوق التضمين، ويتم تنفيذ التلبيد بدرجة حرارة عالية في الغاز الخامل وأخيرًا يتم الحصول على طلاء SiC على سطح مصفوفة الجرافيت. العملية بسيطة والجمع بين الطلاء والركيزة جيد، ولكن توحيد الطلاء على طول اتجاه السُمك ضعيف، مما يسهل إنتاج المزيد من الثقوب ويؤدي إلى ضعف مقاومة الأكسدة.

طريقة طلاء الفرشاة:

تتمثل طريقة طلاء الفرشاة بشكل أساسي في تنظيف المواد الخام السائلة على سطح مصفوفة الجرافيت، ثم معالجة المواد الخام عند درجة حرارة معينة لتحضير الطلاء. العملية بسيطة والتكلفة منخفضة، ولكن الطلاء المحضر بطريقة طلاء الفرشاة ضعيف في تركيبة مع الركيزة، وتوحيد الطلاء ضعيف، والطلاء رقيق ومقاومة الأكسدة منخفضة، وهناك حاجة إلى طرق أخرى للمساعدة هو - هي.

طريقة رش البلازما:

تتمثل طريقة رش البلازما بشكل أساسي في رش المواد الخام المنصهرة أو شبه الذائبة على سطح مصفوفة الجرافيت بمسدس البلازما، ثم تصلبها وتترابط لتشكيل طبقة. هذه الطريقة سهلة التشغيل ويمكن تحضير طلاء كربيد السيليكون الكثيف نسبيًا، لكن طلاء كربيد السيليكون المحضر بهذه الطريقة غالبًا ما يكون ضعيفًا للغاية ويؤدي إلى ضعف مقاومة الأكسدة، لذلك يتم استخدامه بشكل عام لإعداد طلاء مركب SiC لتحسين جودة الطلاء.

طريقة جل سول:

تهدف طريقة هلام-سول بشكل أساسي إلى تحضير محلول سول موحد وشفاف يغطي سطح المادة الأساسية، ثم يجفف في مادة هلامية ثم يتلبد للحصول على طلاء. هذه الطريقة سهلة التشغيل ومنخفضة التكلفة، لكن الطلاء المنتج به بعض العيوب مثل انخفاض مقاومة الصدمات الحرارية وسهولة التكسير، لذلك لا يمكن استخدامه على نطاق واسع.

تفاعل الغاز الكيميائي (CVR):

يقوم CVR بشكل أساسي بتوليد طلاء SiC باستخدام مسحوق Si وSiO2 لتوليد بخار SiO عند درجة حرارة عالية، وتحدث سلسلة من التفاعلات الكيميائية على سطح ركيزة المادة C. يتم ربط طلاء SiC المحضر بهذه الطريقة بشكل وثيق بالركيزة، ولكن درجة حرارة التفاعل أعلى والتكلفة أعلى.

ترسيب الأبخرة الكيميائية (CVD):

في الوقت الحاضر، CVD هي التقنية الرئيسية لتحضير طلاء SiC على سطح الركيزة. العملية الرئيسية هي سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية للمواد المتفاعلة في الطور الغازي على سطح الركيزة، وأخيرًا يتم تحضير طلاء SiC عن طريق الترسيب على سطح الركيزة. يتم ربط طلاء SiC المحضر بواسطة تقنية CVD بشكل وثيق بسطح الركيزة، والذي يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة الأكسدة والمقاومة الجر لمواد الركيزة، ولكن وقت الترسيب لهذه الطريقة أطول، وغاز التفاعل له مادة سامة معينة غاز.

حالة السوق لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC

وعندما بدأ المصنعون الأجانب في وقت مبكر، كان لديهم تقدم واضح وحصة سوقية عالية. على المستوى الدولي، الموردين الرئيسيين لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC هم شركة Xycard الهولندية، وشركة SGL Carbon الألمانية (SGL)، وشركة Toyo Carbon اليابانية، وشركة MEMC الأمريكية وغيرها من الشركات، التي تشغل السوق الدولية بشكل أساسي. على الرغم من أن الصين قد اخترقت التكنولوجيا الأساسية الرئيسية للنمو الموحد لطلاء SiC على سطح مصفوفة الجرافيت، إلا أن مصفوفة الجرافيت عالية الجودة لا تزال تعتمد على SGL الألمانية واليابانية Toyo Carbon وغيرها من الشركات، وتؤثر مصفوفة الجرافيت التي تقدمها الشركات المحلية على الخدمة الحياة بسبب التوصيل الحراري، معامل المرونة، معامل جامدة، عيوب شعرية ومشاكل الجودة الأخرى. لا يمكن لمعدات MOCVD تلبية متطلبات استخدام قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC.

تتطور صناعة أشباه الموصلات في الصين بسرعة، مع الزيادة التدريجية في معدل توطين المعدات الفوقي MOCVD، وتوسيع تطبيقات العمليات الأخرى، من المتوقع أن ينمو سوق المنتجات الأساسية للجرافيت المطلي بـ SiC بسرعة. ووفقا لتقديرات الصناعة الأولية، فإن سوق قاعدة الجرافيت المحلية سوف تتجاوز 500 مليون يوان في السنوات القليلة المقبلة.

تعد قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC المكون الأساسي لمعدات تصنيع أشباه الموصلات المركبة، وإتقان التكنولوجيا الأساسية الرئيسية لإنتاجها وتصنيعها، وتحقيق توطين سلسلة صناعة معدات معالجة المواد الخام بأكملها له أهمية استراتيجية كبيرة لضمان تطوير صناعة أشباه الموصلات في الصين. يزدهر مجال قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC المحلي، ويمكن أن تصل جودة المنتج إلى المستوى المتقدم الدولي قريبًا.