Les bases de grafit recobertes de SiC s'utilitzen habitualment per suportar i escalfar substrats de cristall únic en equips de deposició de vapor químic orgànic-metall (MOCVD). L'estabilitat tèrmica, la uniformitat tèrmica i altres paràmetres de rendiment de la base de grafit recoberta de SiC tenen un paper decisiu en la qualitat del creixement del material epitaxial, per la qual cosa és el component clau de l'equip MOCVD.
En el procés de fabricació d'hòsties, es construeixen capes epitaxials sobre alguns substrats d'hòsties per facilitar la fabricació de dispositius. Els dispositius LED típics emissors de llum necessiten preparar capes epitaxials de GaAs sobre substrats de silici; La capa epitaxial de SiC es cultiva sobre el substrat conductor de SiC per a la construcció de dispositius com SBD, MOSFET, etc., per a aplicacions d'alta tensió, alt corrent i altres potències; La capa epitaxial de GaN es construeix sobre un substrat de SiC semi-aïllat per construir encara més HEMT i altres dispositius per a aplicacions de RF com la comunicació. Aquest procés és inseparable dels equips CVD.
En l'equip CVD, el substrat no es pot col·locar directament sobre el metall o simplement col·locar-se sobre una base per a la deposició epitaxial, perquè implica el flux de gas (horitzontal, vertical), temperatura, pressió, fixació, vessament de contaminants i altres aspectes de els factors d'influència. Per tant, es necessita una base i, a continuació, es col·loca el substrat al disc i, a continuació, es realitza la deposició epitaxial al substrat mitjançant la tecnologia CVD, i aquesta base és la base de grafit recoberta de SiC (també coneguda com a safata).
Les bases de grafit recobertes de SiC s'utilitzen habitualment per suportar i escalfar substrats de cristall únic en equips de deposició de vapor químic orgànic-metall (MOCVD). L'estabilitat tèrmica, la uniformitat tèrmica i altres paràmetres de rendiment de la base de grafit recoberta de SiC tenen un paper decisiu en la qualitat del creixement del material epitaxial, per la qual cosa és el component clau de l'equip MOCVD.
La deposició de vapor químic metall-orgànic (MOCVD) és la tecnologia principal per al creixement epitaxial de pel·lícules de GaN en LED blau. Té els avantatges d'un funcionament senzill, una taxa de creixement controlable i una gran puresa de pel·lícules de GaN. Com a component important de la cambra de reacció dels equips MOCVD, la base de coixinet utilitzada per al creixement epitaxial de pel·lícules de GaN ha de tenir els avantatges de la resistència a altes temperatures, una conductivitat tèrmica uniforme, una bona estabilitat química, una forta resistència al xoc tèrmic, etc. El material de grafit pot complir-se. les condicions anteriors.
Com a un dels components bàsics de l'equip MOCVD, la base de grafit és el suport i el cos d'escalfament del substrat, que determina directament la uniformitat i la puresa del material de la pel·lícula, de manera que la seva qualitat afecta directament la preparació de la làmina epitaxial i alhora el temps, amb l'augment del nombre d'usos i el canvi de condicions de treball, és molt fàcil de portar, pertanyent als consumibles.
Tot i que el grafit té una excel·lent conductivitat tèrmica i estabilitat, té un bon avantatge com a component base dels equips MOCVD, però en el procés de producció, el grafit corroirà la pols a causa del residu de gasos corrosius i orgànics metàl·lics i la vida útil del la base de grafit es reduirà molt. Al mateix temps, la pols de grafit que cau causarà contaminació al xip.
L'aparició de la tecnologia de recobriment pot proporcionar la fixació de la pols superficial, millorar la conductivitat tèrmica i igualar la distribució de calor, que s'ha convertit en la tecnologia principal per resoldre aquest problema. La base de grafit a l'entorn d'ús d'equips MOCVD, el recobriment superficial de la base de grafit ha de complir les característiques següents:
(1) La base de grafit es pot embolicar completament i la densitat és bona, en cas contrari, la base de grafit es pot corroir fàcilment amb el gas corrosiu.
(2) La força de combinació amb la base de grafit és alta per garantir que el recobriment no es caigui fàcilment després de diversos cicles d'alta i baixa temperatura.
(3) Té una bona estabilitat química per evitar la fallada del recobriment a alta temperatura i atmosfera corrosiva.
SiC té els avantatges de la resistència a la corrosió, l'alta conductivitat tèrmica, la resistència al xoc tèrmic i l'alta estabilitat química, i pot funcionar bé en l'atmosfera epitaxial de GaN. A més, el coeficient d'expansió tèrmica del SiC difereix molt poc del del grafit, de manera que el SiC és el material preferit per al recobriment superficial de la base de grafit.
Actualment, el SiC comú és principalment de tipus 3C, 4H i 6H, i els usos de SiC de diferents tipus de cristalls són diferents. Per exemple, 4H-SiC pot fabricar dispositius d'alta potència; 6H-SiC és el més estable i pot fabricar dispositius fotoelèctrics; A causa de la seva estructura similar a GaN, el 3C-SiC es pot utilitzar per produir la capa epitaxial de GaN i fabricar dispositius de RF SiC-GaN. El 3C-SiC també es coneix comunament com a β-SiC, i un ús important de β-SiC és com a material de pel·lícula i recobriment, de manera que β-SiC és actualment el material principal per al recobriment.
Mètode per preparar el recobriment de carbur de silici
Actualment, els mètodes de preparació del recobriment de SiC inclouen principalment el mètode gel-sol, el mètode d'incrustació, el mètode de recobriment amb pinzell, el mètode de polvorització de plasma, el mètode de reacció de gas químic (CVR) i el mètode de deposició de vapor químic (CVD).
Mètode d'inserció:
El mètode és una mena de sinterització en fase sòlida d'alta temperatura, que utilitza principalment la barreja de pols de Si i pols de C com a pols d'incrustació, la matriu de grafit es col·loca a la pols d'incrustació i la sinterització d'alta temperatura es realitza en el gas inert. , i finalment s'obté el recobriment de SiC a la superfície de la matriu de grafit. El procés és senzill i la combinació entre el recobriment i el substrat és bona, però la uniformitat del recobriment al llarg de la direcció del gruix és pobre, cosa que és fàcil de produir més forats i conduir a una baixa resistència a l'oxidació.
Mètode de recobriment amb pinzell:
El mètode de recobriment de pinzell consisteix principalment a raspallar la matèria primera líquida a la superfície de la matriu de grafit i després curar la matèria primera a una temperatura determinada per preparar el recobriment. El procés és senzill i el cost és baix, però el recobriment preparat pel mètode de recobriment de pinzell és feble en combinació amb el substrat, la uniformitat del recobriment és deficient, el recobriment és prim i la resistència a l'oxidació és baixa i es necessiten altres mètodes per ajudar-lo. això.
Mètode de polvorització de plasma:
El mètode de polvorització de plasma consisteix principalment a ruixar matèries primeres foses o semifoses a la superfície de la matriu de grafit amb una pistola de plasma, i després solidificar-se i unir-se per formar un recobriment. El mètode és senzill d'operar i pot preparar un recobriment de carbur de silici relativament dens, però el recobriment de carbur de silici preparat pel mètode sovint és massa feble i condueix a una feble resistència a l'oxidació, de manera que s'utilitza generalment per a la preparació de recobriment compost de SiC per millorar-lo. la qualitat del recobriment.
Mètode gel-sol:
El mètode gel-sol consisteix principalment a preparar una solució de sol uniforme i transparent que cobreixi la superfície de la matriu, assecant-la en un gel i després sinteritzant per obtenir un recobriment. Aquest mètode és senzill d'operar i de baix cost, però el recobriment produït té alguns inconvenients, com ara una baixa resistència al xoc tèrmic i un trencament fàcil, de manera que no es pot utilitzar àmpliament.
Reacció química del gas (CVR):
CVR genera principalment un recobriment de SiC mitjançant l'ús de pols de Si i SiO2 per generar vapor de SiO a alta temperatura, i es produeixen una sèrie de reaccions químiques a la superfície del substrat de material C. El recobriment de SiC preparat per aquest mètode està estretament unit al substrat, però la temperatura de reacció és més alta i el cost és més elevat.
Deposició de vapor químic (CVD):
Actualment, CVD és la tecnologia principal per preparar el recobriment de SiC a la superfície del substrat. El procés principal és una sèrie de reaccions físiques i químiques del material reactiu en fase gasosa a la superfície del substrat i, finalment, el recobriment de SiC es prepara mitjançant la deposició a la superfície del substrat. El recobriment de SiC preparat mitjançant la tecnologia CVD està estretament unit a la superfície del substrat, cosa que pot millorar eficaçment la resistència a l'oxidació i la resistència ablativa del material del substrat, però el temps de deposició d'aquest mètode és més llarg i el gas de reacció té un cert tòxic. gas.
La situació del mercat de la base de grafit recoberta de SiC
Quan els fabricants estrangers van començar aviat, tenien un avantatge clar i una quota de mercat elevada. A nivell internacional, els principals proveïdors de base de grafit recobert de SiC són Dutch Xycard, Germany SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, els Estats Units MEMC i altres empreses, que bàsicament ocupen el mercat internacional. Tot i que la Xina ha trencat la tecnologia bàsica clau del creixement uniforme del recobriment de SiC a la superfície de la matriu de grafit, la matriu de grafit d'alta qualitat encara es basa en SGL alemany, Japan Toyo Carbon i altres empreses, la matriu de grafit proporcionada per les empreses nacionals afecta el servei. vida útil a causa de la conductivitat tèrmica, mòdul elàstic, mòdul rígid, defectes de gelosia i altres problemes de qualitat. L'equip MOCVD no pot complir els requisits d'ús de la base de grafit recoberta de SiC.
La indústria de semiconductors de la Xina s'està desenvolupant ràpidament, amb l'augment gradual de la taxa de localització d'equips epitaxials MOCVD i l'expansió d'altres aplicacions de procés, s'espera que el futur mercat de productes de base de grafit recobert de SiC creixi ràpidament. Segons estimacions preliminars de la indústria, el mercat nacional de base de grafit superarà els 500 milions de iuans en els propers anys.
La base de grafit recobert de SiC és el component bàsic dels equips d'industrialització de semiconductors compostos, dominant la tecnologia bàsica clau de la seva producció i fabricació, i adonant-se que la localització de tota la cadena de la indústria d'equips de procés de matèries primeres és de gran importància estratègica per garantir el desenvolupament de Indústria de semiconductors de la Xina. El camp de la base domèstica de grafit recobert de SiC està en auge i la qualitat del producte pot arribar al nivell avançat internacional aviat.
Hora de publicació: 24-jul-2023