قطعات نیمه هادی – پایه گرافیتی با پوشش SiC

پایه های گرافیتی با پوشش SiC معمولاً برای پشتیبانی و گرم کردن بسترهای تک کریستالی در تجهیزات رسوب بخار شیمیایی فلزی-آلی (MOCVD) استفاده می شود. پایداری حرارتی، یکنواختی حرارتی و سایر پارامترهای عملکرد پایه گرافیتی با پوشش SiC نقش تعیین کننده ای در کیفیت رشد مواد همپایه ایفا می کند، بنابراین جزء اصلی تجهیزات MOCVD است.

در فرآیند تولید ویفر، لایه‌های هم‌پایه بر روی برخی از بسترهای ویفر برای تسهیل ساخت دستگاه‌ها ساخته می‌شوند. دستگاه های معمولی ساطع کننده نور LED نیاز به آماده سازی لایه های همپای GaAs روی بسترهای سیلیکونی دارند. لایه همپایه SiC بر روی بستر SiC رسانا برای ساخت دستگاه هایی مانند SBD، MOSFET و غیره برای کاربردهای ولتاژ بالا، جریان بالا و سایر کاربردهای توان رشد می کند. لایه اپیتاکسیال GaN بر روی بستر SiC نیمه عایق ساخته شده است تا HEMT و سایر دستگاه ها برای کاربردهای RF مانند ارتباطات ساخته شود. این فرآیند از تجهیزات CVD جدایی ناپذیر است.

در تجهیزات CVD، بستر را نمی توان مستقیماً روی فلز قرار داد یا به سادگی بر روی پایه ای برای رسوب همپایی قرار داد، زیرا شامل جریان گاز (افقی، عمودی)، دما، فشار، تثبیت، دفع آلاینده ها و سایر جنبه های عوامل تاثیرگذار بنابراین، یک پایه مورد نیاز است و سپس بستر روی دیسک قرار می‌گیرد و سپس با استفاده از فناوری CVD، رسوب همپایی روی بستر انجام می‌شود و این پایه، پایه گرافیتی با پوشش SiC (که به عنوان سینی نیز شناخته می‌شود) است.

پایه های گرافیتی با پوشش SiC معمولاً برای پشتیبانی و گرم کردن بسترهای تک کریستالی در تجهیزات رسوب بخار شیمیایی فلزی-آلی (MOCVD) استفاده می شود. پایداری حرارتی، یکنواختی حرارتی و سایر پارامترهای عملکرد پایه گرافیتی با پوشش SiC نقش تعیین کننده ای در کیفیت رشد مواد همپایه ایفا می کند، بنابراین جزء اصلی تجهیزات MOCVD است.

رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی (MOCVD) تکنولوژی اصلی برای رشد همپایی فیلم های GaN در LED آبی است. مزایای عملکرد ساده، نرخ رشد قابل کنترل و خلوص بالای فیلم GaN را دارد. به عنوان یک جزء مهم در محفظه واکنش تجهیزات MOCVD، پایه یاتاقان مورد استفاده برای رشد همپایه فیلم GaN باید از مزایای مقاومت در برابر دمای بالا، هدایت حرارتی یکنواخت، پایداری شیمیایی خوب، مقاومت در برابر شوک حرارتی قوی و غیره برخوردار باشد. شرایط فوق

به عنوان یکی از اجزای اصلی تجهیزات MOCVD، پایه گرافیتی حامل و بدنه گرمایش زیرلایه است که مستقیماً یکنواختی و خلوص مواد فیلم را تعیین می کند، بنابراین کیفیت آن مستقیماً بر آماده سازی ورق اپیتاکسیال تأثیر می گذارد و در عین حال. زمان، با افزایش تعداد استفاده و تغییر شرایط کار، پوشیدن آن بسیار آسان و متعلق به مواد مصرفی است.

اگرچه گرافیت دارای رسانایی و پایداری حرارتی عالی است، اما به عنوان جزء پایه تجهیزات MOCVD از مزیت خوبی برخوردار است، اما در فرآیند تولید، گرافیت به دلیل باقی ماندن گازهای خورنده و آلی فلزی و عمر مفید، پودر را خورده می کند. پایه گرافیت تا حد زیادی کاهش می یابد. در عین حال، ریزش پودر گرافیت باعث آلودگی تراشه می شود.

ظهور فناوری پوشش می تواند تثبیت پودر سطحی را فراهم کند، هدایت حرارتی را افزایش دهد و توزیع گرما را یکسان کند، که به فناوری اصلی برای حل این مشکل تبدیل شده است. پایه گرافیت در محیط استفاده از تجهیزات MOCVD، پوشش سطح پایه گرافیت باید ویژگی های زیر را داشته باشد:

(1) پایه گرافیت را می توان به طور کامل پیچیده کرد و چگالی آن خوب است، در غیر این صورت پایه گرافیت به راحتی در گاز خورنده خورده می شود.

(2) استحکام ترکیب با پایه گرافیت بالا است تا اطمینان حاصل شود که پس از چندین دوره دمای بالا و دمای پایین به راحتی از بین نمی رود.

(3) پایداری شیمیایی خوبی برای جلوگیری از شکست پوشش در دمای بالا و جو خورنده دارد.

SiC دارای مزایای مقاومت در برابر خوردگی، هدایت حرارتی بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری شیمیایی بالا است و می تواند در اتمسفر همپای GaN به خوبی کار کند. علاوه بر این، ضریب انبساط حرارتی SiC بسیار کمی با گرافیت متفاوت است، بنابراین SiC ماده ترجیحی برای پوشش سطح پایه گرافیت است.

در حال حاضر، SiC رایج عمدتاً از نوع 3C، 4H و 6H است و کاربردهای SiC انواع کریستال های مختلف متفاوت است. به عنوان مثال، 4H-SiC می تواند دستگاه های پرقدرت تولید کند. 6H-SiC پایدارترین است و می تواند دستگاه های فوتوالکتریک را تولید کند. به دلیل ساختار مشابه با GaN، 3C-SiC می تواند برای تولید لایه همپای GaN و ساخت دستگاه های SiC-GaN RF استفاده شود. 3C-SiC معمولاً به عنوان β-SiC نیز شناخته می شود و یکی از کاربردهای مهم β-SiC به عنوان یک فیلم و مواد پوشش دهنده است، بنابراین β-SiC در حال حاضر ماده اصلی برای پوشش است.

روش تهیه پوشش کاربید سیلیکون

در حال حاضر روش های تهیه پوشش SiC عمدتاً شامل روش ژل-سل، روش جاسازی، روش پوشش برس، روش پاشش پلاسما، روش واکنش شیمیایی گاز (CVR) و روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) می باشد.

روش جاسازی:

این روش نوعی تف جوشی فاز جامد با درجه حرارت بالا است که عمدتاً از مخلوط پودر Si و پودر C به عنوان پودر جاسازی استفاده می کند، ماتریس گرافیت در پودر جاسازی قرار می گیرد و پخت در دمای بالا در گاز بی اثر انجام می شود. و در نهایت پوشش SiC روی سطح ماتریس گرافیت به دست می آید. فرآیند ساده است و ترکیب بین پوشش و بستر خوب است، اما یکنواختی پوشش در جهت ضخامت ضعیف است، که به راحتی سوراخ های بیشتری ایجاد می کند و منجر به مقاومت در برابر اکسیداسیون ضعیف می شود.

روش پوشش برس:

روش پوشش برس عمدتاً به این صورت است که مواد خام مایع را بر روی سطح ماتریس گرافیت مالش می دهند و سپس مواد خام را در دمای معینی برای تهیه پوشش پخت می کنند. فرآیند ساده و هزینه کم است، اما پوشش تهیه شده با روش پوشش برس در ترکیب با بستر ضعیف است، یکنواختی پوشش ضعیف است، پوشش نازک است و مقاومت در برابر اکسیداسیون پایین است، و برای کمک به روش های دیگری نیاز است. آن را

روش پاشش پلاسما:

روش پاشش پلاسما عمدتاً به این صورت است که مواد خام ذوب شده یا نیمه ذوب شده را با تفنگ پلاسما روی سطح ماتریس گرافیتی اسپری می کنند و سپس جامد و چسبانده می شوند تا یک پوشش ایجاد شود. روش کار ساده است و می تواند یک پوشش نسبتاً متراکم کاربید سیلیکون تهیه کند، اما پوشش کاربید سیلیکون تهیه شده توسط این روش اغلب بسیار ضعیف است و منجر به مقاومت ضعیف در برابر اکسیداسیون می شود، بنابراین به طور کلی برای تهیه پوشش کامپوزیت SiC برای بهبود استفاده می شود. کیفیت پوشش

روش ژل سل:

روش ژل سل عمدتاً برای تهیه محلول سل یکنواخت و شفافی است که سطح ماتریکس را می پوشاند، به صورت ژل خشک می شود و سپس برای به دست آوردن یک پوشش، تف جوشی می شود. عملکرد این روش ساده و کم هزینه است، اما پوشش تولید شده دارای کاستی هایی مانند مقاومت در برابر شوک حرارتی پایین و ترک آسان است، بنابراین نمی توان از آن به طور گسترده استفاده کرد.

واکنش شیمیایی گاز (CVR):

CVR عمدتاً با استفاده از پودر Si و SiO2 برای تولید بخار SiO در دمای بالا، پوشش SiC تولید می کند و یک سری واکنش های شیمیایی روی سطح زیرلایه مواد C رخ می دهد. پوشش SiC که با این روش تهیه می شود به طور نزدیک به بستر چسبیده است، اما دمای واکنش بالاتر و هزینه آن بیشتر است.

رسوب بخار شیمیایی (CVD):

در حال حاضر CVD تکنولوژی اصلی برای تهیه پوشش SiC روی سطح بستر است. فرآیند اصلی مجموعه ای از واکنش های فیزیکی و شیمیایی مواد واکنش دهنده فاز گاز بر روی سطح بستر است و در نهایت پوشش SiC با رسوب بر روی سطح زیرلایه تهیه می شود. پوشش SiC تهیه شده با فناوری CVD به سطح زیرلایه چسبانده شده است که می تواند به طور موثر مقاومت اکسیداسیون و مقاومت فرسایشی مواد زیرلایه را بهبود بخشد، اما زمان رسوب این روش طولانی تر است و گاز واکنش دارای سمیت خاصی است. گاز

وضعیت بازار پایه گرافیتی با پوشش SiC

زمانی که تولیدکنندگان خارجی زود شروع به کار کردند، پیشتازی آشکار و سهم بازار بالایی داشتند. در سطح بین‌المللی، تامین‌کنندگان اصلی پایه گرافیتی با پوشش SiC عبارتند از Xycard هلندی، آلمان SGL Carbon (SGL)، ژاپن Toyo Carbon، ایالات متحده MEMC و سایر شرکت‌ها که اساساً بازار بین‌المللی را اشغال می‌کنند. اگرچه چین فناوری اصلی رشد یکنواخت پوشش SiC روی سطح ماتریس گرافیتی را شکسته است، ماتریس گرافیت با کیفیت بالا همچنان به SGL آلمان، ژاپن Toyo Carbon و سایر شرکت ها متکی است، ماتریس گرافیت ارائه شده توسط شرکت های داخلی بر خدمات تأثیر می گذارد. عمر به دلیل هدایت حرارتی، مدول الاستیک، مدول صلب، نقص شبکه و سایر مشکلات کیفیت. تجهیزات MOCVD نمی توانند الزامات استفاده از پایه گرافیتی با پوشش SiC را برآورده کنند.

صنعت نیمه هادی چین به سرعت در حال توسعه است، با افزایش تدریجی نرخ محلی سازی تجهیزات همپایی MOCVD و گسترش سایر برنامه های کاربردی فرآیند، انتظار می رود بازار محصولات پایه گرافیت با پوشش SiC در آینده به سرعت رشد کند. طبق برآوردهای اولیه صنعت، بازار پایه گرافیت داخلی در چند سال آینده از 500 میلیون یوان فراتر خواهد رفت.

پایه گرافیتی با پوشش SiC جزء اصلی تجهیزات صنعتی سازی نیمه هادی مرکب است، تسلط بر فناوری اصلی تولید و ساخت آن، و تحقق بومی سازی کل زنجیره صنعت مواد خام-فرآیند-تجهیزات از اهمیت استراتژیک زیادی برای تضمین توسعه صنعت نیمه هادی چین زمینه پایه گرافیتی با پوشش SiC داخلی در حال رونق است و کیفیت محصول می تواند به زودی به سطح پیشرفته بین المللی برسد.