Grafitne baze obložene SiC-om obično se koriste za podupiranje i zagrijavanje monokristalnih supstrata u opremi za metalno-organsko kemijsko taloženje iz pare (MOCVD). Toplinska stabilnost, toplinska ujednačenost i drugi parametri izvedbe grafitne baze obložene SiC igraju odlučujuću ulogu u kvaliteti epitaksijalnog rasta materijala, stoga je to ključna komponenta MOCVD opreme.
U procesu proizvodnje pločice, epitaksijalni slojevi se dalje konstruiraju na nekim podlogama pločice kako bi se olakšala proizvodnja uređaja. Tipični LED uređaji za emitiranje svjetla trebaju pripremiti epitaksijalne slojeve GaAs na silicijskoj podlozi; SiC epitaksijalni sloj uzgaja se na vodljivoj SiC podlozi za konstrukciju uređaja kao što su SBD, MOSFET, itd., za visokonaponske, velike struje i druge energetske primjene; GaN epitaksijalni sloj konstruiran je na poluizoliranoj SiC podlozi za daljnju konstrukciju HEMT-a i drugih uređaja za RF primjene kao što je komunikacija. Ovaj proces je neodvojiv od CVD opreme.
U CVD opremi supstrat se ne može postaviti izravno na metal ili jednostavno postaviti na podlogu za epitaksijalno taloženje, jer uključuje protok plina (vodoravni, okomiti), temperaturu, tlak, fiksaciju, rasipanje onečišćujućih tvari i druge aspekte čimbenici utjecaja. Stoga je potrebna baza, a zatim se supstrat postavlja na disk, a zatim se vrši epitaksijalno taloženje na supstratu pomoću CVD tehnologije, a ta baza je grafitna baza obložena SiC-om (također poznata kao tray).
Grafitne baze obložene SiC-om obično se koriste za podupiranje i zagrijavanje monokristalnih supstrata u opremi za metalno-organsko kemijsko taloženje iz pare (MOCVD). Toplinska stabilnost, toplinska ujednačenost i drugi parametri izvedbe grafitne baze obložene SiC igraju odlučujuću ulogu u kvaliteti epitaksijalnog rasta materijala, stoga je to ključna komponenta MOCVD opreme.
Metalno-organsko kemijsko taloženje iz parne pare (MOCVD) glavna je tehnologija za epitaksijalni rast GaN filmova u plavom LED-u. Ima prednosti jednostavnog rada, kontrolirane stope rasta i visoke čistoće GaN filmova. Kao važna komponenta u reakcijskoj komori MOCVD opreme, nosiva baza koja se koristi za epitaksijalni rast GaN filma mora imati prednosti otpornosti na visoke temperature, ujednačenu toplinsku vodljivost, dobru kemijsku stabilnost, jaku otpornost na toplinske udare itd. Grafitni materijal može zadovoljiti gore navedene uvjete.
Kao jedna od temeljnih komponenti MOCVD opreme, grafitna baza je nosač i grijaće tijelo supstrata, što izravno određuje ujednačenost i čistoću materijala filma, tako da njegova kvaliteta izravno utječe na pripremu epitaksijalne ploče, a istovremeno vrijeme, s porastom broja korištenja i promjenom uvjeta rada, vrlo se lako nosi, spada u potrošni materijal.
Iako grafit ima izvrsnu toplinsku vodljivost i stabilnost, ima dobru prednost kao osnovna komponenta MOCVD opreme, ali u proizvodnom procesu grafit će nagrizati prah zbog ostataka korozivnih plinova i metalnih organskih tvari, a životni vijek uređaja grafitna baza bit će znatno smanjena. U isto vrijeme, padajući grafitni prah će uzrokovati onečišćenje čipa.
Pojava tehnologije premaza može osigurati površinsku fiksaciju praha, povećati toplinsku vodljivost i ujednačiti raspodjelu topline, što je postala glavna tehnologija za rješavanje ovog problema. Grafitna baza u okruženju za korištenje MOCVD opreme, grafitna osnovna površinska prevlaka treba zadovoljiti sljedeće karakteristike:
(1) Grafitna baza može se u potpunosti omotati, a gustoća je dobra, inače je grafitnu bazu lako korodirati u korozivnom plinu.
(2) Snaga kombinacije s bazom od grafita je visoka kako bi se osiguralo da premaz ne može lako otpasti nakon nekoliko ciklusa visokih i niskih temperatura.
(3) Ima dobru kemijsku stabilnost kako bi se izbjeglo oštećenje premaza na visokoj temperaturi i korozivnoj atmosferi.
SiC ima prednosti otpornosti na koroziju, visoke toplinske vodljivosti, otpornosti na toplinski udar i visoke kemijske stabilnosti te može dobro raditi u epitaksijalnoj atmosferi GaN. Osim toga, koeficijent toplinske ekspanzije SiC vrlo se malo razlikuje od koeficijenta grafita, tako da je SiC poželjan materijal za površinsku prevlaku grafitne baze.
Trenutačno je uobičajeni SiC uglavnom 3C, 4H i 6H tip, a različite vrste kristala koriste se različito. Na primjer, 4H-SiC može proizvoditi uređaje velike snage; 6H-SiC je najstabilniji i može proizvoditi fotoelektrične uređaje; Zbog svoje strukture slične GaN, 3C-SiC se može koristiti za proizvodnju GaN epitaksijalnog sloja i proizvodnju SiC-GaN RF uređaja. 3C-SiC je također poznat kao β-SiC, a važna upotreba β-SiC je kao film i materijal za oblaganje, tako da je β-SiC trenutno glavni materijal za premazivanje.
Metoda pripreme prevlake od silicijevog karbida
Trenutno metode pripreme SiC premaza uglavnom uključuju metodu gel-sola, metodu ugradnje, metodu premazivanja četkom, metodu plazma raspršivanja, metodu kemijske plinske reakcije (CVR) i metodu kemijskog taloženja iz pare (CVD).
Način ugrađivanja:
Metoda je vrsta sinteriranja čvrste faze na visokoj temperaturi, koja uglavnom koristi mješavinu praha Si i praha C kao prah za ugradnju, grafitna matrica se stavlja u prah za ugradnju, a sinteriranje na visokoj temperaturi se provodi u inertnom plinu. , te se na kraju dobije sloj SiC na površini grafitne matrice. Proces je jednostavan i kombinacija između premaza i supstrata je dobra, ali ujednačenost premaza duž smjera debljine je loša, što lako stvara više rupa i dovodi do slabe otpornosti na oksidaciju.
Metoda premazivanja četkom:
Metoda premazivanja četkom uglavnom je četkanje tekuće sirovine na površini grafitne matrice, a zatim stvrdnjavanje sirovine na određenoj temperaturi za pripremu premaza. Proces je jednostavan i trošak je nizak, ali premaz pripremljen metodom premazivanja četkom je slab u kombinaciji s podlogom, ujednačenost premaza je loša, premaz je tanak i otpornost na oksidaciju je niska, te su potrebne druge metode za pomoć to.
Metoda prskanja plazmom:
Metoda plazma raspršivanja uglavnom se sastoji od raspršivanja otopljenih ili poluotopljenih sirovina na površinu grafitne matrice pomoću plazma pištolja, a zatim se skrućuju i povezuju kako bi se stvorio premaz. Metoda je jednostavna za rukovanje i može pripremiti relativno gustu prevlaku od silicij-karbida, ali je prevlaka od silicij-karbida pripremljena ovom metodom često preslaba i dovodi do slabe otpornosti na oksidaciju, pa se općenito koristi za pripremu kompozitne prevlake SiC za poboljšanje kvaliteta premaza.
Gel-sol metoda:
Metoda gel-sol uglavnom je priprema jednolike i prozirne otopine sola koja prekriva površinu matrice, suši se u gel i potom sinterira kako bi se dobila prevlaka. Ova metoda je jednostavna za korištenje i niska je cijena, ali proizvedeni premaz ima neke nedostatke kao što su niska otpornost na toplinski udar i lako pucanje, tako da se ne može široko koristiti.
Kemijska plinska reakcija (CVR):
CVR uglavnom stvara SiC premaz upotrebom Si i SiO2 praha za stvaranje SiO pare na visokoj temperaturi, a niz kemijskih reakcija događa se na površini supstrata C materijala. Prevlaka SiC pripremljena ovom metodom tijesno je vezana za supstrat, ali je temperatura reakcije viša i cijena je veća.
Kemijsko taloženje parom (CVD):
Trenutno je CVD glavna tehnologija za pripremu SiC premaza na površini supstrata. Glavni proces je niz fizikalnih i kemijskih reakcija reaktantnog materijala plinovite faze na površini supstrata, a na kraju se SiC prevlaka priprema taloženjem na površini supstrata. SiC premaz pripremljen CVD tehnologijom tijesno je povezan s površinom supstrata, što može učinkovito poboljšati otpornost na oksidaciju i ablativnu otpornost materijala supstrata, ali vrijeme taloženja ove metode je dulje, a reakcijski plin ima određenu toksičnost plin.
Stanje na tržištu grafitne baze obložene SiC-om
Kad su strani proizvođači rano počeli, imali su jasno vodstvo i visok tržišni udio. Na međunarodnoj razini, glavni dobavljači grafitne baze obložene SiC-om su nizozemski Xycard, njemački SGL Carbon (SGL), japanski Toyo Carbon, američki MEMC i druge tvrtke, koje u osnovi zauzimaju međunarodno tržište. Iako je Kina probila ključnu temeljnu tehnologiju ravnomjernog rasta SiC premaza na površini grafitne matrice, visokokvalitetna grafitna matrica i dalje se oslanja na njemački SGL, Japan Toyo Carbon i druga poduzeća, grafitna matrica koju pružaju domaća poduzeća utječe na uslugu životni vijek zbog toplinske vodljivosti, modula elastičnosti, krutog modula, grešaka rešetke i drugih problema kvalitete. MOCVD oprema ne može ispuniti zahtjeve za korištenje grafitne baze obložene SiC.
Kineska industrija poluvodiča brzo se razvija, s postupnim povećanjem stope lokalizacije MOCVD epitaksijalne opreme i širenjem drugih procesnih aplikacija, očekuje se da će buduće tržište proizvoda s grafitnom bazom presvučenom SiC brzo rasti. Prema preliminarnim procjenama industrije, domaće tržište grafitne baze premašit će 500 milijuna juana u sljedećih nekoliko godina.
Grafitna baza presvučena SiC-om ključna je komponenta opreme za industrijalizaciju složenih poluvodiča, ovladavanje ključnom temeljnom tehnologijom njezine proizvodnje i proizvodnje, te realizacija lokalizacije cijelog industrijskog lanca sirovina-proces-oprema od velikog je strateškog značaja za osiguranje razvoja Kineska industrija poluvodiča. Polje domaće grafitne baze obložene SiC-om je u procvatu, a kvaliteta proizvoda može uskoro dosegnuti međunarodnu naprednu razinu.
Vrijeme objave: 24. srpnja 2023