Графитни основи с покритие от SiC обикновено се използват за поддържане и нагряване на монокристални субстрати в оборудване за металоорганично химическо отлагане на пари (MOCVD). Термичната стабилност, термичната еднородност и други параметри на ефективността на графитната основа с покритие от SiC играят решаваща роля за качеството на епитаксиалния растеж на материала, така че това е основният ключов компонент на MOCVD оборудването.
В процеса на производство на пластини, епитаксиалните слоеве се конструират допълнително върху някои субстрати на пластини, за да се улесни производството на устройства. Типичните светодиодни устройства, излъчващи светлина, трябва да подготвят епитаксиални слоеве от GaAs върху силициеви субстрати; SiC епитаксиалният слой се отглежда върху проводящ SiC субстрат за конструиране на устройства като SBD, MOSFET и др., за високо напрежение, висок ток и други енергийни приложения; Епитаксиалният слой GaN е конструиран върху полуизолирана SiC подложка за по-нататъшно изграждане на HEMT и други устройства за радиочестотни приложения като комуникация. Този процес е неделим от CVD оборудването.
В CVD оборудването субстратът не може да бъде директно поставен върху метала или просто поставен върху основа за епитаксиално отлагане, тъй като включва газовия поток (хоризонтален, вертикален), температура, налягане, фиксиране, отделяне на замърсители и други аспекти на факторите на влияние. Следователно е необходима основа и след това субстратът се поставя върху диска и след това епитаксиалното отлагане се извършва върху субстрата с помощта на CVD технология и тази основа е графитната основа с SiC покритие (известна също като тава).
Графитни основи с покритие от SiC обикновено се използват за поддържане и нагряване на монокристални субстрати в оборудване за металоорганично химическо отлагане на пари (MOCVD). Термичната стабилност, термичната еднородност и други параметри на ефективността на графитната основа с покритие от SiC играят решаваща роля за качеството на епитаксиалния растеж на материала, така че това е основният ключов компонент на MOCVD оборудването.
Металоорганично химическо отлагане на пари (MOCVD) е основната технология за епитаксиален растеж на GaN филми в сини светодиоди. Той има предимствата на проста работа, контролируема скорост на растеж и висока чистота на GaN филми. Като важен компонент в реакционната камера на оборудването MOCVD, носещата основа, използвана за епитаксиален растеж на GaN филм, трябва да има предимствата на устойчивост на висока температура, равномерна топлопроводимост, добра химическа стабилност, силна устойчивост на термичен шок и др. Графитният материал може да отговаря горните условия.
Като един от основните компоненти на оборудването MOCVD, графитната основа е носителят и нагревателното тяло на субстрата, което директно определя еднородността и чистотата на филмовия материал, така че качеството му пряко влияе върху подготовката на епитаксиалния лист и в същото време време, с увеличаването на броя на използванията и промяната на условията на работа, много лесно се носи, спада към консумативите.
Въпреки че графитът има отлична топлопроводимост и стабилност, той има добро предимство като основен компонент на оборудването MOCVD, но в производствения процес графитът ще корозира праха поради остатъците от корозивни газове и метални органични вещества и експлоатационния живот на графитната основа ще бъде значително намалена. В същото време падащият графитен прах ще причини замърсяване на чипа.
Появата на технологията за покритие може да осигури повърхностна фиксация на прах, да подобри топлопроводимостта и да изравни разпределението на топлината, което се превърна в основната технология за решаване на този проблем. Графитна основа в среда за използване на оборудване MOCVD, графитното основно повърхностно покритие трябва да отговаря на следните характеристики:
(1) Графитната основа може да бъде напълно обвита и плътността е добра, в противен случай графитната основа лесно се корозира в корозивния газ.
(2) Комбинираната здравина с графитната основа е висока, за да се гарантира, че покритието не пада лесно след няколко цикъла на висока и ниска температура.
(3) Има добра химическа стабилност, за да се избегне повреда на покритието при висока температура и корозивна атмосфера.
SiC има предимствата на устойчивост на корозия, висока топлопроводимост, устойчивост на термичен удар и висока химическа стабилност и може да работи добре в епитаксиална атмосфера на GaN. В допълнение, коефициентът на топлинно разширение на SiC се различава много малко от този на графита, така че SiC е предпочитаният материал за повърхностно покритие на графитна основа.
Понастоящем обикновеният SiC е главно от тип 3C, 4H и 6H, а използването на SiC на различни видове кристали е различно. Например, 4H-SiC може да произвежда устройства с висока мощност; 6H-SiC е най-стабилният и може да произвежда фотоелектрически устройства; Поради структурата, подобна на GaN, 3C-SiC може да се използва за производство на епитаксиален слой GaN и за производство на RF устройства SiC-GaN. 3C-SiC е известен също като β-SiC и важна употреба на β-SiC е като филм и материал за покритие, така че β-SiC в момента е основният материал за покритие.
Метод за получаване на покритие от силициев карбид
Понастоящем методите за приготвяне на SiC покритие включват главно метод на гел-зол, метод на вграждане, метод на покритие с четка, метод на плазмено пръскане, метод на химическа газова реакция (CVR) и метод на химическо отлагане на пари (CVD).
Метод на вграждане:
Методът е вид високотемпературно синтероване в твърда фаза, което използва главно сместа от Si прах и C прах като прах за вграждане, графитната матрица се поставя в праха за вграждане и синтероването при висока температура се извършва в инертен газ и накрая SiC покритието се получава върху повърхността на графитната матрица. Процесът е прост и комбинацията между покритието и субстрата е добра, но еднородността на покритието по посока на дебелината е лоша, което е лесно да се направят повече дупки и да доведе до лоша устойчивост на окисление.
Метод на покритие с четка:
Методът за нанасяне на покритие с четка се състои главно в изчеткване на течната суровина върху повърхността на графитната матрица и след това втвърдяване на суровината при определена температура, за да се подготви покритието. Процесът е прост и цената е ниска, но покритието, приготвено чрез метода на покритие с четка, е слабо в комбинация със субстрата, равномерността на покритието е лоша, покритието е тънко и устойчивостта на окисление е ниска и са необходими други методи за подпомагане то.
Метод на плазмено пръскане:
Методът на плазмено пръскане се състои главно в пръскане на разтопени или полуразтопени суровини върху повърхността на графитната матрица с плазмен пистолет, след което се втвърдяват и свързват, за да образуват покритие. Методът е лесен за работа и може да приготви относително плътно покритие от силициев карбид, но покритието от силициев карбид, получено по метода, често е твърде слабо и води до слаба устойчивост на окисление, така че обикновено се използва за приготвяне на SiC композитно покритие за подобряване качеството на покритието.
Гел-зол метод:
Методът гел-зол е основно за приготвяне на равномерен и прозрачен разтвор на зол, покриващ повърхността на матрицата, изсушаване в гел и след това синтероване за получаване на покритие. Този метод е лесен за работа и ниска цена, но произведеното покритие има някои недостатъци като ниска устойчивост на термичен удар и лесно напукване, така че не може да се използва широко.
Химическа газова реакция (CVR):
CVR основно генерира SiC покритие чрез използване на прах от Si и SiO2 за генериране на SiO пара при висока температура и серия от химични реакции протичат на повърхността на субстрата от C материал. SiC покритието, получено по този метод, е тясно свързано със субстрата, но реакционната температура е по-висока и цената е по-висока.
Химично отлагане на пари (CVD):
Понастоящем CVD е основната технология за приготвяне на SiC покритие върху повърхността на субстрата. Основният процес е серия от физични и химични реакции на реактивния материал на газовата фаза върху повърхността на субстрата и накрая SiC покритието се приготвя чрез отлагане върху повърхността на субстрата. SiC покритието, приготвено чрез CVD технология, е тясно свързано с повърхността на субстрата, което може ефективно да подобри устойчивостта на окисляване и аблационна устойчивост на материала на субстрата, но времето за отлагане на този метод е по-дълго и реакционният газ има определена токсичност газ.
Пазарната ситуация на графитна основа с покритие от SiC
Когато чуждестранните производители започнаха рано, те имаха ясна преднина и висок пазарен дял. В международен план основните доставчици на графитна основа с покритие от SiC са холандски Xycard, Германия SGL Carbon (SGL), Япония Toyo Carbon, САЩ MEMC и други компании, които основно заемат международния пазар. Въпреки че Китай проби ключовата основна технология за равномерно израстване на SiC покритие върху повърхността на графитната матрица, висококачествената графитна матрица все още разчита на немски SGL, Japan Toyo Carbon и други предприятия, графитната матрица, предоставена от местни предприятия, засяга услугата живот поради топлопроводимост, модул на еластичност, модул на твърдост, дефекти на решетката и други проблеми с качеството. Оборудването MOCVD не може да отговори на изискванията за използване на графитна основа с покритие от SiC.
Китайската полупроводникова промишленост се развива бързо, с постепенното увеличаване на скоростта на локализиране на епитаксиалното оборудване MOCVD и разширяването на други приложения на процеси, бъдещият пазар на графитни базови продукти с покритие от SiC се очаква да расте бързо. Според предварителните оценки на индустрията вътрешният пазар на графитна база ще надхвърли 500 милиона юана през следващите няколко години.
Графитната основа с покритие от SiC е основният компонент на оборудването за индустриализация на съставни полупроводници, овладяването на ключовата основна технология на неговото производство и производство и реализирането на локализацията на цялата промишлена верига суровина-процес-оборудване е от голямо стратегическо значение за осигуряване на развитието на Китайската полупроводникова индустрия. Полето на вътрешната графитна основа с покритие от SiC процъфтява и качеството на продукта може скоро да достигне международно напреднало ниво.
Време на публикуване: 24 юли 2023 г