Las bases de grafito recubiertas de SiC se usan comúnmente para soportar y calentar sustratos monocristalinos en equipos de deposición química de vapor organometálico (MOCVD). La estabilidad térmica, la uniformidad térmica y otros parámetros de rendimiento de la base de grafito recubierto de SiC desempeñan un papel decisivo en la calidad del crecimiento del material epitaxial, por lo que es el componente clave del equipo MOCVD.
En el proceso de fabricación de oblea, se construyen además capas epitaxiales sobre algunos sustratos de oblea para facilitar la fabricación de dispositivos. Los dispositivos emisores de luz LED típicos necesitan preparar capas epitaxiales de GaAs sobre sustratos de silicio; La capa epitaxial de SiC se cultiva sobre el sustrato conductor de SiC para la construcción de dispositivos como SBD, MOSFET, etc., para aplicaciones de alto voltaje, alta corriente y otras aplicaciones de energía; La capa epitaxial de GaN se construye sobre un sustrato de SiC semiaislado para construir HEMT y otros dispositivos para aplicaciones de RF, como la comunicación. Este proceso es inseparable de los equipos CVD.
En el equipo CVD, el sustrato no puede colocarse directamente sobre el metal o simplemente colocarse sobre una base para deposición epitaxial, porque involucra el flujo de gas (horizontal, vertical), temperatura, presión, fijación, desprendimiento de contaminantes y otros aspectos de los factores de influencia. Por lo tanto, se necesita una base, y luego se coloca el sustrato sobre el disco, y luego se realiza la deposición epitaxial sobre el sustrato usando tecnología CVD, y esta base es la base de grafito recubierta de SiC (también conocida como bandeja).
Las bases de grafito recubiertas de SiC se usan comúnmente para soportar y calentar sustratos monocristalinos en equipos de deposición química de vapor organometálico (MOCVD). La estabilidad térmica, la uniformidad térmica y otros parámetros de rendimiento de la base de grafito recubierto de SiC desempeñan un papel decisivo en la calidad del crecimiento del material epitaxial, por lo que es el componente clave del equipo MOCVD.
La deposición química de vapor organometálico (MOCVD) es la tecnología principal para el crecimiento epitaxial de películas de GaN en LED azules. Tiene las ventajas de una operación simple, una tasa de crecimiento controlable y una alta pureza de las películas de GaN. Como componente importante en la cámara de reacción del equipo MOCVD, la base de soporte utilizada para el crecimiento epitaxial de la película de GaN debe tener las ventajas de resistencia a altas temperaturas, conductividad térmica uniforme, buena estabilidad química, fuerte resistencia al choque térmico, etc. El material de grafito puede cumplir las condiciones anteriores.
Como uno de los componentes principales del equipo MOCVD, la base de grafito es el cuerpo portador y calentador del sustrato, lo que determina directamente la uniformidad y pureza del material de la película, por lo que su calidad afecta directamente la preparación de la lámina epitaxial y, al mismo tiempo, Con el tiempo, con el aumento del número de usos y el cambio de las condiciones de trabajo, es muy fácil de llevar, perteneciente a los consumibles.
Aunque el grafito tiene una excelente conductividad térmica y estabilidad, tiene una buena ventaja como componente base de los equipos MOCVD, pero en el proceso de producción, el grafito corroerá el polvo debido a los residuos de gases corrosivos y compuestos orgánicos metálicos, y la vida útil del La base de grafito se reducirá considerablemente. Al mismo tiempo, la caída del polvo de grafito contaminará el chip.
La aparición de la tecnología de recubrimiento puede proporcionar fijación del polvo en la superficie, mejorar la conductividad térmica e igualar la distribución del calor, lo que se ha convertido en la principal tecnología para resolver este problema. Base de grafito en el entorno de uso de equipos MOCVD, el recubrimiento de la superficie de base de grafito debe cumplir las siguientes características:
(1) La base de grafito se puede envolver completamente y la densidad es buena; de lo contrario, es fácil que la base de grafito se corroa con el gas corrosivo.
(2) La resistencia combinada con la base de grafito es alta para garantizar que el recubrimiento no se caiga fácilmente después de varios ciclos de alta y baja temperatura.
(3) Tiene buena estabilidad química para evitar fallas en el recubrimiento en atmósferas corrosivas y de alta temperatura.
El SiC tiene las ventajas de resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica, resistencia al choque térmico y alta estabilidad química, y puede funcionar bien en una atmósfera epitaxial de GaN. Además, el coeficiente de expansión térmica del SiC difiere muy poco del del grafito, por lo que el SiC es el material preferido para el recubrimiento superficial de la base de grafito.
En la actualidad, el SiC común es principalmente de tipo 3C, 4H y 6H, y los usos de SiC de diferentes tipos de cristales son diferentes. Por ejemplo, el 4H-SiC puede fabricar dispositivos de alta potencia; 6H-SiC es el más estable y puede fabricar dispositivos fotoeléctricos; Debido a su estructura similar a la del GaN, el 3C-SiC se puede utilizar para producir una capa epitaxial de GaN y fabricar dispositivos RF de SiC-GaN. El 3C-SiC también se conoce comúnmente como β-SiC, y un uso importante del β-SiC es como película y material de recubrimiento, por lo que el β-SiC es actualmente el principal material para recubrimiento.
Método para preparar un recubrimiento de carburo de silicio.
En la actualidad, los métodos de preparación del recubrimiento de SiC incluyen principalmente el método de gel-sol, el método de incrustación, el método de recubrimiento con brocha, el método de pulverización por plasma, el método de reacción química de gas (CVR) y el método de deposición química de vapor (CVD).
Método de incrustación:
El método es un tipo de sinterización en fase sólida a alta temperatura, que utiliza principalmente la mezcla de polvo de Si y polvo de C como polvo de inclusión, la matriz de grafito se coloca en el polvo de inclusión y la sinterización a alta temperatura se lleva a cabo en el gas inerte. , y finalmente se obtiene el recubrimiento de SiC sobre la superficie de la matriz de grafito. El proceso es simple y la combinación entre el recubrimiento y el sustrato es buena, pero la uniformidad del recubrimiento a lo largo de la dirección del espesor es deficiente, lo que facilita la producción de más agujeros y una mala resistencia a la oxidación.
Método de recubrimiento con brocha:
El método de recubrimiento con brocha consiste principalmente en cepillar la materia prima líquida sobre la superficie de la matriz de grafito y luego curar la materia prima a una temperatura determinada para preparar el recubrimiento. El proceso es simple y el costo es bajo, pero el recubrimiento preparado mediante el método de recubrimiento con brocha es débil en combinación con el sustrato, la uniformidad del recubrimiento es deficiente, el recubrimiento es delgado y la resistencia a la oxidación es baja, y se necesitan otros métodos para ayudar. él.
Método de pulverización de plasma:
El método de pulverización por plasma consiste principalmente en pulverizar materias primas derretidas o semifundidas sobre la superficie de la matriz de grafito con una pistola de plasma y luego solidificarlas y unirlas para formar un recubrimiento. El método es simple de operar y puede preparar un recubrimiento de carburo de silicio relativamente denso, pero el recubrimiento de carburo de silicio preparado por el método a menudo es demasiado débil y conduce a una resistencia a la oxidación débil, por lo que generalmente se usa para la preparación de recubrimiento compuesto de SiC para mejorar. la calidad del recubrimiento.
Método gel-sol:
El método gel-sol consiste principalmente en preparar una solución de sol uniforme y transparente que cubre la superficie de la matriz, secarla hasta obtener un gel y luego sinterizarla para obtener un recubrimiento. Este método es simple de operar y de bajo costo, pero el recubrimiento producido tiene algunas desventajas, como baja resistencia al choque térmico y fácil agrietamiento, por lo que no puede usarse ampliamente.
Reacción química del gas (CVR):
CVR genera principalmente un recubrimiento de SiC mediante el uso de polvo de Si y SiO2 para generar vapor de SiO a alta temperatura, y se producen una serie de reacciones químicas en la superficie del sustrato del material de C. El recubrimiento de SiC preparado mediante este método está estrechamente unido al sustrato, pero la temperatura de reacción es mayor y el costo es mayor.
Deposición química de vapor (CVD):
En la actualidad, CVD es la principal tecnología para preparar el recubrimiento de SiC sobre la superficie del sustrato. El proceso principal es una serie de reacciones físicas y químicas del material reactivo en fase gaseosa sobre la superficie del sustrato y, finalmente, el recubrimiento de SiC se prepara mediante deposición sobre la superficie del sustrato. El recubrimiento de SiC preparado mediante tecnología CVD está estrechamente unido a la superficie del sustrato, lo que puede mejorar eficazmente la resistencia a la oxidación y la resistencia ablativa del material del sustrato, pero el tiempo de deposición de este método es más largo y el gas de reacción tiene cierta toxicidad. gas.
La situación del mercado de la base de grafito recubierta de SiC.
Cuando los fabricantes extranjeros comenzaron temprano, tenían una clara ventaja y una alta participación de mercado. A nivel internacional, los principales proveedores de base de grafito recubierto de SiC son el holandés Xycard, el alemán SGL Carbon (SGL), el japonés Toyo Carbon, el estadounidense MEMC y otras empresas, que básicamente ocupan el mercado internacional. Aunque China ha superado la tecnología central clave del crecimiento uniforme del recubrimiento de SiC en la superficie de la matriz de grafito, la matriz de grafito de alta calidad todavía depende de la alemana SGL, la japonesa Toyo Carbon y otras empresas, la matriz de grafito proporcionada por las empresas nacionales afecta el servicio. vida debido a conductividad térmica, módulo elástico, módulo rígido, defectos de red y otros problemas de calidad. El equipo MOCVD no puede cumplir con los requisitos del uso de una base de grafito recubierta de SiC.
La industria de semiconductores de China se está desarrollando rápidamente, con el aumento gradual de la tasa de localización de equipos epitaxiales MOCVD y la expansión de otras aplicaciones de procesos, se espera que el futuro mercado de productos de base de grafito recubierto de SiC crezca rápidamente. Según estimaciones preliminares de la industria, el mercado nacional de base de grafito superará los 500 millones de yuanes en los próximos años.
La base de grafito recubierto de SiC es el componente central de los equipos de industrialización de semiconductores compuestos, dominar la tecnología central clave de su producción y fabricación y comprender la localización de toda la cadena industrial de materia prima, proceso y equipos es de gran importancia estratégica para garantizar el desarrollo de La industria de semiconductores de China. El campo de la base de grafito recubierta de SiC nacional está en auge y la calidad del producto pronto podrá alcanzar el nivel avanzado internacional.
Hora de publicación: 24-jul-2023