Οι βάσεις γραφίτη με επίστρωση SiC χρησιμοποιούνται συνήθως για τη στήριξη και τη θέρμανση μονοκρυσταλλικών υποστρωμάτων σε εξοπλισμό εναπόθεσης ατμών μετάλλου-οργανικού χημικού (MOCVD). Η θερμική σταθερότητα, η θερμική ομοιομορφία και άλλες παράμετροι απόδοσης της βάσης γραφίτη με επικάλυψη SiC διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα της επιταξιακής ανάπτυξης του υλικού, επομένως είναι το βασικό συστατικό του εξοπλισμού MOCVD.
Στη διαδικασία κατασκευής πλακιδίων, επιταξιακά στρώματα κατασκευάζονται περαιτέρω σε ορισμένα υποστρώματα γκοφρέτας για να διευκολύνουν την κατασκευή συσκευών. Οι τυπικές συσκευές εκπομπής φωτός LED πρέπει να προετοιμάζουν επιταξιακά στρώματα GaAs σε υποστρώματα πυριτίου. Το επιταξιακό στρώμα SiC αναπτύσσεται στο αγώγιμο υπόστρωμα SiC για την κατασκευή συσκευών όπως SBD, MOSFET κ.λπ., για εφαρμογές υψηλής τάσης, υψηλού ρεύματος και άλλες εφαρμογές ισχύος. Το επιταξιακό στρώμα GaN κατασκευάζεται σε ημιμονωμένο υπόστρωμα SiC για την περαιτέρω κατασκευή HEMT και άλλων συσκευών για εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων όπως η επικοινωνία. Αυτή η διαδικασία είναι αδιαχώριστη από τον εξοπλισμό CVD.
Στον εξοπλισμό CVD, το υπόστρωμα δεν μπορεί να τοποθετηθεί απευθείας στο μέταλλο ή απλά να τοποθετηθεί σε βάση για επιταξιακή εναπόθεση, επειδή περιλαμβάνει τη ροή αερίου (οριζόντια, κάθετη), τη θερμοκρασία, την πίεση, τη στερέωση, την απόρριψη ρύπων και άλλες πτυχές του τους παράγοντες επιρροής. Επομένως, χρειάζεται μια βάση και στη συνέχεια το υπόστρωμα τοποθετείται στο δίσκο και στη συνέχεια πραγματοποιείται η επιταξιακή εναπόθεση στο υπόστρωμα χρησιμοποιώντας τεχνολογία CVD και αυτή η βάση είναι η βάση γραφίτη με επικάλυψη SiC (γνωστή και ως δίσκος).
Οι βάσεις γραφίτη με επίστρωση SiC χρησιμοποιούνται συνήθως για τη στήριξη και τη θέρμανση μονοκρυσταλλικών υποστρωμάτων σε εξοπλισμό εναπόθεσης ατμών μετάλλου-οργανικού χημικού (MOCVD). Η θερμική σταθερότητα, η θερμική ομοιομορφία και άλλες παράμετροι απόδοσης της βάσης γραφίτη με επικάλυψη SiC διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα της επιταξιακής ανάπτυξης του υλικού, επομένως είναι το βασικό συστατικό του εξοπλισμού MOCVD.
Η εναπόθεση χημικών ατμών μετάλλου-οργανικού (MOCVD) είναι η κύρια τεχνολογία για την επιταξιακή ανάπτυξη φιλμ GaN σε μπλε LED. Έχει τα πλεονεκτήματα της απλής λειτουργίας, του ελεγχόμενου ρυθμού ανάπτυξης και της υψηλής καθαρότητας των φιλμ GaN. Ως σημαντικό συστατικό στον θάλαμο αντίδρασης του εξοπλισμού MOCVD, η βάση έδρασης που χρησιμοποιείται για την επιταξιακή ανάπτυξη μεμβράνης GaN πρέπει να έχει τα πλεονεκτήματα της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία, της ομοιόμορφης θερμικής αγωγιμότητας, της καλής χημικής σταθερότητας, της ισχυρής αντοχής σε θερμικό σοκ κ.λπ. Το υλικό γραφίτη μπορεί να συναντήσει τις παραπάνω προϋποθέσεις.
Ως ένα από τα βασικά στοιχεία του εξοπλισμού MOCVD, η βάση γραφίτη είναι ο φορέας και το θερμαντικό σώμα του υποστρώματος, το οποίο καθορίζει άμεσα την ομοιομορφία και την καθαρότητα του υλικού φιλμ, επομένως η ποιότητά του επηρεάζει άμεσα την προετοιμασία του επιταξιακού φύλλου και ταυτόχρονα χρόνο, με την αύξηση του αριθμού των χρήσεων και την αλλαγή των συνθηκών εργασίας, φοριέται πολύ εύκολα, ανήκοντας στα αναλώσιμα.
Αν και ο γραφίτης έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και σταθερότητα, έχει ένα καλό πλεονέκτημα ως βασικό συστατικό του εξοπλισμού MOCVD, αλλά στη διαδικασία παραγωγής, ο γραφίτης θα διαβρώσει τη σκόνη λόγω των υπολειμμάτων διαβρωτικών αερίων και μεταλλικών οργανικών ουσιών και της διάρκειας ζωής του βάση γραφίτη θα μειωθεί σημαντικά. Ταυτόχρονα, η σκόνη γραφίτη που πέφτει θα προκαλέσει ρύπανση στο τσιπ.
Η εμφάνιση της τεχνολογίας επίστρωσης μπορεί να προσφέρει σταθεροποίηση επιφανειακής σκόνης, ενίσχυση της θερμικής αγωγιμότητας και εξισορρόπηση της κατανομής θερμότητας, η οποία έχει γίνει η κύρια τεχνολογία για την επίλυση αυτού του προβλήματος. Βάση γραφίτη στο περιβάλλον χρήσης εξοπλισμού MOCVD, η επίστρωση επιφάνειας βάσης γραφίτη πρέπει να πληροί τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
(1) Η βάση γραφίτη μπορεί να τυλιχτεί πλήρως και η πυκνότητα είναι καλή, διαφορετικά η βάση γραφίτη είναι εύκολο να διαβρωθεί στο διαβρωτικό αέριο.
(2) Η αντοχή του συνδυασμού με τη βάση γραφίτη είναι υψηλή για να διασφαλιστεί ότι η επίστρωση δεν είναι εύκολο να πέσει μετά από αρκετούς κύκλους υψηλής θερμοκρασίας και χαμηλής θερμοκρασίας.
(3) Έχει καλή χημική σταθερότητα για την αποφυγή αστοχίας επίστρωσης σε υψηλή θερμοκρασία και διαβρωτική ατμόσφαιρα.
Το SiC έχει τα πλεονεκτήματα της αντοχής στη διάβρωση, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, της αντοχής σε θερμικό σοκ και της υψηλής χημικής σταθερότητας και μπορεί να λειτουργήσει καλά στην επιταξιακή ατμόσφαιρα GaN. Επιπλέον, ο συντελεστής θερμικής διαστολής του SiC διαφέρει πολύ λίγο από αυτόν του γραφίτη, επομένως το SiC είναι το προτιμώμενο υλικό για την επιφανειακή επίστρωση της βάσης γραφίτη.
Προς το παρόν, το κοινό SiC είναι κυρίως τύπου 3C, 4H και 6H και οι χρήσεις SiC διαφορετικών τύπων κρυστάλλων είναι διαφορετικές. Για παράδειγμα, το 4H-SiC μπορεί να κατασκευάσει συσκευές υψηλής ισχύος. Το 6H-SiC είναι το πιο σταθερό και μπορεί να κατασκευάσει φωτοηλεκτρικές συσκευές. Λόγω της παρόμοιας δομής του με το GaN, το 3C-SiC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή επιταξικού στρώματος GaN και την κατασκευή συσκευών RF SiC-GaN. Το 3C-SiC είναι επίσης ευρέως γνωστό ως β-SiC και μια σημαντική χρήση του β-SiC είναι ως φιλμ και υλικό επικάλυψης, επομένως το β-SiC είναι επί του παρόντος το κύριο υλικό για επίστρωση.
Μέθοδος παρασκευής επίστρωσης καρβιδίου του πυριτίου
Προς το παρόν, οι μέθοδοι παρασκευής της επικάλυψης SiC περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο gel-sol, τη μέθοδο ενσωμάτωσης, τη μέθοδο επικάλυψης με βούρτσα, τη μέθοδο ψεκασμού πλάσματος, τη μέθοδο χημικής αντίδρασης αερίου (CVR) και τη μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμού (CVD).
Μέθοδος ενσωμάτωσης:
Η μέθοδος είναι ένα είδος πυροσυσσωμάτωσης στερεάς φάσης υψηλής θερμοκρασίας, η οποία χρησιμοποιεί κυρίως το μείγμα σκόνης Si και σκόνης C ως σκόνη ενσωμάτωσης, η μήτρα γραφίτη τοποθετείται στη σκόνη ενσωμάτωσης και η πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή θερμοκρασία πραγματοποιείται στο αδρανές αέριο , και τέλος λαμβάνεται η επίστρωση SiC στην επιφάνεια της μήτρας γραφίτη. Η διαδικασία είναι απλή και ο συνδυασμός μεταξύ της επικάλυψης και του υποστρώματος είναι καλός, αλλά η ομοιομορφία της επίστρωσης κατά την κατεύθυνση του πάχους είναι κακή, γεγονός που είναι εύκολο να δημιουργήσει περισσότερες οπές και να οδηγήσει σε κακή αντίσταση στην οξείδωση.
Μέθοδος επίστρωσης με πινέλο:
Η μέθοδος επίστρωσης με βούρτσα είναι κυρίως το βούρτσισμα της υγρής πρώτης ύλης στην επιφάνεια της μήτρας γραφίτη και στη συνέχεια η σκλήρυνση της πρώτης ύλης σε μια ορισμένη θερμοκρασία για την προετοιμασία της επικάλυψης. Η διαδικασία είναι απλή και το κόστος χαμηλό, αλλά η επίστρωση που παρασκευάζεται με τη μέθοδο επικάλυψης με πινέλο είναι αδύναμη σε συνδυασμό με το υπόστρωμα, η ομοιομορφία της επίστρωσης είναι κακή, η επίστρωση είναι λεπτή και η αντίσταση στην οξείδωση χαμηλή και απαιτούνται άλλες μέθοδοι για να βοηθήσουν το.
Μέθοδος ψεκασμού πλάσματος:
Η μέθοδος ψεκασμού πλάσματος είναι κυρίως ο ψεκασμός λιωμένων ή ημι-λιωμένων πρώτων υλών στην επιφάνεια της μήτρας γραφίτη με πιστόλι πλάσματος, και στη συνέχεια στερεοποίηση και συγκόλληση για να σχηματιστεί μια επικάλυψη. Η μέθοδος είναι απλή στη λειτουργία και μπορεί να παρασκευάσει μια σχετικά πυκνή επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου, αλλά η επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου που παρασκευάζεται με τη μέθοδο είναι συχνά πολύ αδύναμη και οδηγεί σε ασθενή αντίσταση στην οξείδωση, επομένως χρησιμοποιείται γενικά για την παρασκευή σύνθετης επίστρωσης SiC για βελτίωση την ποιότητα της επίστρωσης.
Μέθοδος gel-sol:
Η μέθοδος gel-sol είναι κυρίως η παρασκευή ενός ομοιόμορφου και διαφανούς διαλύματος κολλοειδούς διαλύματος που καλύπτει την επιφάνεια της μήτρας, ξηραίνεται σε πήκτωμα και στη συνέχεια πυροσυσσωματώνεται για να ληφθεί μια επικάλυψη. Αυτή η μέθοδος είναι απλή στη λειτουργία και χαμηλό κόστος, αλλά η επίστρωση που παράγεται έχει κάποιες ελλείψεις, όπως χαμηλή αντοχή σε θερμικό σοκ και εύκολο ράγισμα, επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως.
Χημική Αντίδραση Αερίου (CVR):
Το CVR παράγει κυρίως επικάλυψη SiC χρησιμοποιώντας σκόνη Si και SiO2 για τη δημιουργία ατμού SiO σε υψηλή θερμοκρασία και μια σειρά χημικών αντιδράσεων συμβαίνουν στην επιφάνεια του υποστρώματος υλικού C. Η επίστρωση SiC που παρασκευάζεται με αυτή τη μέθοδο είναι στενά συνδεδεμένη με το υπόστρωμα, αλλά η θερμοκρασία της αντίδρασης είναι υψηλότερη και το κόστος είναι υψηλότερο.
Εναπόθεση χημικών ατμών (CVD):
Επί του παρόντος, η CVD είναι η κύρια τεχνολογία για την προετοιμασία επικάλυψης SiC στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η κύρια διεργασία είναι μια σειρά φυσικών και χημικών αντιδράσεων του αντιδρώντος υλικού αέριας φάσης στην επιφάνεια του υποστρώματος και τελικά η επίστρωση SiC παρασκευάζεται με εναπόθεση στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η επίστρωση SiC που παρασκευάζεται με τεχνολογία CVD είναι στενά συνδεδεμένη με την επιφάνεια του υποστρώματος, η οποία μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την αντίσταση στην οξείδωση και την αφαιρετική αντίσταση του υλικού του υποστρώματος, αλλά ο χρόνος εναπόθεσης αυτής της μεθόδου είναι μεγαλύτερος και το αέριο αντίδρασης έχει κάποια τοξική αέριο.
Η κατάσταση της αγοράς της βάσης γραφίτη με επικάλυψη SiC
Όταν οι ξένοι κατασκευαστές ξεκίνησαν νωρίς, είχαν σαφές προβάδισμα και υψηλό μερίδιο αγοράς. Σε διεθνές επίπεδο, οι κύριοι προμηθευτές βάσης γραφίτη με επίστρωση SiC είναι η Dutch Xycard, η Γερμανία SGL Carbon (SGL), η Japan Toyo Carbon, οι Ηνωμένες Πολιτείες MEMC και άλλες εταιρείες, οι οποίες βασικά καταλαμβάνουν τη διεθνή αγορά. Αν και η Κίνα έχει σπάσει τη βασική τεχνολογία πυρήνα της ομοιόμορφης ανάπτυξης της επικάλυψης SiC στην επιφάνεια της μήτρας γραφίτη, η μήτρα γραφίτη υψηλής ποιότητας εξακολουθεί να βασίζεται στη γερμανική SGL, την Japan Toyo Carbon και άλλες επιχειρήσεις, η μήτρα γραφίτη που παρέχεται από εγχώριες επιχειρήσεις επηρεάζει την υπηρεσία διάρκεια ζωής λόγω θερμικής αγωγιμότητας, συντελεστή ελαστικότητας, άκαμπτου συντελεστή, ελαττώματα πλέγματος και άλλα προβλήματα ποιότητας. Ο εξοπλισμός MOCVD δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις της χρήσης βάσης γραφίτη με επίστρωση SiC.
Η βιομηχανία ημιαγωγών της Κίνας αναπτύσσεται γρήγορα, με τη σταδιακή αύξηση του ρυθμού εντοπισμού επιταξιακού εξοπλισμού MOCVD και την επέκταση άλλων εφαρμογών διεργασιών, η μελλοντική αγορά προϊόντων βάσης γραφίτη με επίστρωση SiC αναμένεται να αναπτυχθεί γρήγορα. Σύμφωνα με προκαταρκτικές εκτιμήσεις της βιομηχανίας, η εγχώρια αγορά βάσης γραφίτη θα ξεπεράσει τα 500 εκατομμύρια γιουάν τα επόμενα χρόνια.
Η βάση γραφίτη με επίστρωση SiC είναι το βασικό συστατικό του εξοπλισμού εκβιομηχάνισης σύνθετων ημιαγωγών, ο οποίος κατέχει τη βασική τεχνολογία του πυρήνα της παραγωγής και κατασκευής του και η συνειδητοποίηση ότι ο εντοπισμός ολόκληρης της αλυσίδας βιομηχανίας πρώτων υλών-διεργασιών-εξοπλισμού είναι μεγάλης στρατηγικής σημασίας για τη διασφάλιση της ανάπτυξης βιομηχανία ημιαγωγών της Κίνας. Ο τομέας της εγχώριας βάσης γραφίτη με επίστρωση SiC ανθεί και η ποιότητα του προϊόντος μπορεί να φτάσει σύντομα στο διεθνές προηγμένο επίπεδο.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Ιουλίου 2023