सेमीकंडक्टर भाग - SiC लेपित ग्रेफाइट बेस

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस का उपयोग आमतौर पर धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD) उपकरण में एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट को समर्थन और गर्म करने के लिए किया जाता है। SiC लेपित ग्रेफाइट बेस की थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता और अन्य प्रदर्शन पैरामीटर एपिटैक्सियल सामग्री विकास की गुणवत्ता में निर्णायक भूमिका निभाते हैं, इसलिए यह MOCVD उपकरण का मुख्य प्रमुख घटक है।

वेफर निर्माण की प्रक्रिया में, उपकरणों के निर्माण को सुविधाजनक बनाने के लिए कुछ वेफर सब्सट्रेट्स पर एपिटैक्सियल परतों का निर्माण किया जाता है। विशिष्ट एलईडी प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों को सिलिकॉन सब्सट्रेट्स पर GaAs की एपिटैक्सियल परतें तैयार करने की आवश्यकता होती है; उच्च वोल्टेज, उच्च धारा और अन्य बिजली अनुप्रयोगों के लिए एसबीडी, एमओएसएफईटी इत्यादि जैसे उपकरणों के निर्माण के लिए सीआईसी एपिटैक्सियल परत प्रवाहकीय सीआईसी सब्सट्रेट पर उगाई जाती है; संचार जैसे आरएफ अनुप्रयोगों के लिए एचईएमटी और अन्य उपकरणों के निर्माण के लिए सेमी-इंसुलेटेड SiC सब्सट्रेट पर GaN एपिटैक्सियल परत का निर्माण किया गया है। यह प्रक्रिया सीवीडी उपकरण से अविभाज्य है।

सीवीडी उपकरण में, सब्सट्रेट को सीधे धातु पर नहीं रखा जा सकता है या केवल एपिटैक्सियल जमाव के लिए आधार पर रखा जा सकता है, क्योंकि इसमें गैस प्रवाह (क्षैतिज, ऊर्ध्वाधर), तापमान, दबाव, निर्धारण, प्रदूषकों का बहाव और अन्य पहलू शामिल होते हैं। प्रभाव कारक. इसलिए, एक आधार की आवश्यकता होती है, और फिर सब्सट्रेट को डिस्क पर रखा जाता है, और फिर सीवीडी तकनीक का उपयोग करके सब्सट्रेट पर एपिटैक्सियल जमाव किया जाता है, और यह आधार SiC लेपित ग्रेफाइट बेस (जिसे ट्रे के रूप में भी जाना जाता है) है।

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस का उपयोग आमतौर पर धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD) उपकरण में एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट को समर्थन और गर्म करने के लिए किया जाता है। SiC लेपित ग्रेफाइट बेस की थर्मल स्थिरता, थर्मल एकरूपता और अन्य प्रदर्शन पैरामीटर एपिटैक्सियल सामग्री विकास की गुणवत्ता में निर्णायक भूमिका निभाते हैं, इसलिए यह MOCVD उपकरण का मुख्य प्रमुख घटक है।

धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD) नीली एलईडी में GaN फिल्मों के एपिटैक्सियल विकास के लिए मुख्यधारा की तकनीक है। इसमें सरल संचालन, नियंत्रणीय विकास दर और GaN फिल्मों की उच्च शुद्धता के फायदे हैं। MOCVD उपकरण के प्रतिक्रिया कक्ष में एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में, GaN फिल्म एपिटैक्सियल विकास के लिए उपयोग किए जाने वाले असर आधार में उच्च तापमान प्रतिरोध, समान थर्मल चालकता, अच्छी रासायनिक स्थिरता, मजबूत थर्मल शॉक प्रतिरोध आदि के फायदे होने चाहिए। ग्रेफाइट सामग्री मिल सकती है उपरोक्त शर्तें.

एमओसीवीडी उपकरण के मुख्य घटकों में से एक के रूप में, ग्रेफाइट बेस सब्सट्रेट का वाहक और हीटिंग बॉडी है, जो सीधे फिल्म सामग्री की एकरूपता और शुद्धता निर्धारित करता है, इसलिए इसकी गुणवत्ता सीधे एपिटैक्सियल शीट की तैयारी को प्रभावित करती है, और साथ ही समय के साथ, उपयोग की संख्या में वृद्धि और कामकाजी परिस्थितियों में बदलाव के साथ, उपभोग्य सामग्रियों से संबंधित इसे पहनना बहुत आसान है।

यद्यपि ग्रेफाइट में उत्कृष्ट तापीय चालकता और स्थिरता है, लेकिन MOCVD उपकरण के आधार घटक के रूप में इसका अच्छा लाभ है, लेकिन उत्पादन प्रक्रिया में, संक्षारक गैसों और धातु कार्बनिक पदार्थों के अवशेषों और सेवा जीवन के कारण ग्रेफाइट पाउडर को संक्षारित कर देगा। ग्रेफाइट बेस बहुत कम हो जाएगा। वहीं, ग्रेफाइट पाउडर गिरने से चिप में प्रदूषण फैलेगा।

कोटिंग तकनीक का उद्भव सतह पाउडर निर्धारण प्रदान कर सकता है, तापीय चालकता बढ़ा सकता है और गर्मी वितरण को बराबर कर सकता है, जो इस समस्या को हल करने के लिए मुख्य तकनीक बन गई है। MOCVD उपकरण उपयोग वातावरण में ग्रेफाइट बेस, ग्रेफाइट बेस सतह कोटिंग को निम्नलिखित विशेषताओं को पूरा करना चाहिए:

(1) ग्रेफाइट बेस को पूरी तरह से लपेटा जा सकता है, और घनत्व अच्छा है, अन्यथा ग्रेफाइट बेस को संक्षारक गैस में संक्षारित करना आसान है।

(2) ग्रेफाइट बेस के साथ संयोजन शक्ति यह सुनिश्चित करने के लिए उच्च है कि कोटिंग कई उच्च तापमान और निम्न तापमान चक्रों के बाद गिरना आसान नहीं है।

(3) उच्च तापमान और संक्षारक वातावरण में कोटिंग की विफलता से बचने के लिए इसमें अच्छी रासायनिक स्थिरता है।

SiC में संक्षारण प्रतिरोध, उच्च तापीय चालकता, थर्मल शॉक प्रतिरोध और उच्च रासायनिक स्थिरता के फायदे हैं, और यह GaN एपीटैक्सियल वातावरण में अच्छी तरह से काम कर सकता है। इसके अलावा, SiC का थर्मल विस्तार गुणांक ग्रेफाइट से बहुत कम भिन्न होता है, इसलिए ग्रेफाइट बेस की सतह कोटिंग के लिए SiC पसंदीदा सामग्री है।

वर्तमान में, सामान्य SiC मुख्य रूप से 3C, 4H और 6H प्रकार का है, और विभिन्न क्रिस्टल प्रकारों के SiC उपयोग अलग-अलग हैं। उदाहरण के लिए, 4H-SiC उच्च-शक्ति उपकरणों का निर्माण कर सकता है; 6H-SiC सबसे स्थिर है और फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणों का निर्माण कर सकता है; GaN के समान संरचना के कारण, 3C-SiC का उपयोग GaN एपिटैक्सियल परत का उत्पादन करने और SiC-GaN आरएफ उपकरणों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। 3C-SiC को आमतौर पर β-SiC के रूप में भी जाना जाता है, और β-SiC का एक महत्वपूर्ण उपयोग फिल्म और कोटिंग सामग्री के रूप में होता है, इसलिए β-SiC वर्तमान में कोटिंग के लिए मुख्य सामग्री है।

सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तैयार करने की विधि

वर्तमान में, SiC कोटिंग की तैयारी विधियों में मुख्य रूप से जेल-सोल विधि, एम्बेडिंग विधि, ब्रश कोटिंग विधि, प्लाज्मा छिड़काव विधि, रासायनिक गैस प्रतिक्रिया विधि (सीवीआर) और रासायनिक वाष्प जमाव विधि (सीवीडी) शामिल हैं।

एम्बेडिंग विधि:

विधि एक प्रकार का उच्च तापमान ठोस चरण सिंटरिंग है, जो मुख्य रूप से एम्बेडिंग पाउडर के रूप में सी पाउडर और सी पाउडर के मिश्रण का उपयोग करता है, ग्रेफाइट मैट्रिक्स को एम्बेडिंग पाउडर में रखा जाता है, और उच्च तापमान सिंटरिंग को अक्रिय गैस में किया जाता है , और अंत में ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर SiC कोटिंग प्राप्त की जाती है। प्रक्रिया सरल है और कोटिंग और सब्सट्रेट के बीच संयोजन अच्छा है, लेकिन मोटाई दिशा के साथ कोटिंग की एकरूपता खराब है, जिससे अधिक छेद पैदा करना आसान है और खराब ऑक्सीकरण प्रतिरोध हो सकता है।

ब्रश कोटिंग विधि:

ब्रश कोटिंग विधि मुख्य रूप से ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर तरल कच्चे माल को ब्रश करना है, और फिर कोटिंग तैयार करने के लिए कच्चे माल को एक निश्चित तापमान पर ठीक करना है। प्रक्रिया सरल है और लागत कम है, लेकिन ब्रश कोटिंग विधि द्वारा तैयार कोटिंग सब्सट्रेट के साथ संयोजन में कमजोर है, कोटिंग की एकरूपता खराब है, कोटिंग पतली है और ऑक्सीकरण प्रतिरोध कम है, और सहायता के लिए अन्य तरीकों की आवश्यकता है यह।

प्लाज्मा छिड़काव विधि:

प्लाज्मा छिड़काव विधि मुख्य रूप से प्लाज्मा गन के साथ ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर पिघले या अर्ध-पिघले हुए कच्चे माल को स्प्रे करना है, और फिर एक कोटिंग बनाने के लिए जमना और बंधन करना है। विधि को संचालित करना सरल है और अपेक्षाकृत घने सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तैयार कर सकता है, लेकिन विधि द्वारा तैयार सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग अक्सर बहुत कमजोर होती है और कमजोर ऑक्सीकरण प्रतिरोध की ओर ले जाती है, इसलिए इसे आमतौर पर सुधार के लिए SiC मिश्रित कोटिंग की तैयारी के लिए उपयोग किया जाता है। कोटिंग की गुणवत्ता.

जेल-सोल विधि:

जेल-सोल विधि मुख्य रूप से मैट्रिक्स की सतह को कवर करने वाला एक समान और पारदर्शी सॉल समाधान तैयार करना, एक जेल में सुखाना और फिर एक कोटिंग प्राप्त करने के लिए सिंटरिंग करना है। यह विधि संचालित करने में सरल है और लागत में कम है, लेकिन उत्पादित कोटिंग में कुछ कमियां हैं जैसे कम थर्मल शॉक प्रतिरोध और आसान क्रैकिंग, इसलिए इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जा सकता है।

रासायनिक गैस प्रतिक्रिया (सीवीआर):

सीवीआर मुख्य रूप से उच्च तापमान पर SiO भाप उत्पन्न करने के लिए Si और SiO2 पाउडर का उपयोग करके SiC कोटिंग उत्पन्न करता है, और C सामग्री सब्सट्रेट की सतह पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है। इस विधि द्वारा तैयार SiC कोटिंग सब्सट्रेट से निकटता से जुड़ी होती है, लेकिन प्रतिक्रिया तापमान अधिक होता है और लागत अधिक होती है।

रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी):

वर्तमान में, सीवीडी सब्सट्रेट सतह पर SiC कोटिंग तैयार करने की मुख्य तकनीक है। मुख्य प्रक्रिया सब्सट्रेट सतह पर गैस चरण प्रतिक्रियाशील सामग्री की भौतिक और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है, और अंत में सब्सट्रेट सतह पर जमाव द्वारा SiC कोटिंग तैयार की जाती है। सीवीडी तकनीक द्वारा तैयार की गई SiC कोटिंग सब्सट्रेट की सतह से निकटता से जुड़ी होती है, जो सब्सट्रेट सामग्री के ऑक्सीकरण प्रतिरोध और एब्लेटिव प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से सुधार सकती है, लेकिन इस विधि का जमाव समय लंबा है, और प्रतिक्रिया गैस में एक निश्चित विषाक्त पदार्थ होता है गैस.

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस की बाजार स्थिति

जब विदेशी निर्माताओं ने जल्दी शुरुआत की, तो उनके पास स्पष्ट बढ़त और उच्च बाजार हिस्सेदारी थी। अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, SiC लेपित ग्रेफाइट बेस के मुख्य आपूर्तिकर्ता डच ज़ायकार्ड, जर्मनी एसजीएल कार्बन (एसजीएल), जापान टोयो कार्बन, यूनाइटेड स्टेट्स एमईएमसी और अन्य कंपनियां हैं, जो मूल रूप से अंतरराष्ट्रीय बाजार पर कब्जा करती हैं। यद्यपि चीन ने ग्रेफाइट मैट्रिक्स की सतह पर SiC कोटिंग की समान वृद्धि की प्रमुख कोर तकनीक को तोड़ दिया है, उच्च गुणवत्ता वाले ग्रेफाइट मैट्रिक्स अभी भी जर्मन एसजीएल, जापान टोयो कार्बन और अन्य उद्यमों पर निर्भर हैं, घरेलू उद्यमों द्वारा प्रदान किया गया ग्रेफाइट मैट्रिक्स सेवा को प्रभावित करता है तापीय चालकता, लोचदार मापांक, कठोर मापांक, जाली दोष और अन्य गुणवत्ता समस्याओं के कारण जीवन। MOCVD उपकरण SiC लेपित ग्रेफाइट बेस के उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं।

चीन का सेमीकंडक्टर उद्योग तेजी से विकसित हो रहा है, एमओसीवीडी एपिटैक्सियल उपकरण स्थानीयकरण दर की क्रमिक वृद्धि और अन्य प्रक्रिया अनुप्रयोगों के विस्तार के साथ, भविष्य में एसआईसी लेपित ग्रेफाइट बेस उत्पाद बाजार तेजी से बढ़ने की उम्मीद है। प्रारंभिक उद्योग अनुमान के अनुसार, घरेलू ग्रेफाइट बेस बाजार अगले कुछ वर्षों में 500 मिलियन युआन से अधिक हो जाएगा।

SiC लेपित ग्रेफाइट बेस यौगिक अर्धचालक औद्योगीकरण उपकरण का मुख्य घटक है, इसके उत्पादन और विनिर्माण की प्रमुख मुख्य तकनीक में महारत हासिल करना, और संपूर्ण कच्चे माल-प्रक्रिया-उपकरण उद्योग श्रृंखला के स्थानीयकरण को साकार करना विकास सुनिश्चित करने के लिए महान रणनीतिक महत्व का है। चीन का अर्धचालक उद्योग। घरेलू SiC लेपित ग्रेफाइट बेस का क्षेत्र फलफूल रहा है, और उत्पाद की गुणवत्ता जल्द ही अंतरराष्ट्रीय उन्नत स्तर तक पहुंच सकती है।