Basis grafit berlapis SiC biasanya digunakan untuk mendukung dan memanaskan substrat kristal tunggal dalam peralatan deposisi uap kimia logam-organik (MOCVD). Stabilitas termal, keseragaman termal, dan parameter kinerja lainnya dari basis grafit berlapis SiC memainkan peran yang menentukan dalam kualitas pertumbuhan material epitaksi, sehingga merupakan komponen kunci inti peralatan MOCVD.
Dalam proses pembuatan wafer, lapisan epitaksi selanjutnya dibangun pada beberapa substrat wafer untuk memfasilitasi pembuatan perangkat. Perangkat pemancar cahaya LED pada umumnya perlu menyiapkan lapisan epitaksial GaA pada substrat silikon; Lapisan epitaksi SiC ditanam pada substrat SiC konduktif untuk konstruksi perangkat seperti SBD, MOSFET, dll., untuk aplikasi daya tegangan tinggi, arus tinggi, dan daya lainnya; Lapisan epitaksi GaN dibangun pada substrat SiC semi-terisolasi untuk selanjutnya membangun HEMT dan perangkat lain untuk aplikasi RF seperti komunikasi. Proses ini tidak terlepas dari peralatan CVD.
Pada peralatan CVD, substrat tidak dapat langsung ditempatkan pada logam atau hanya ditempatkan pada alas untuk pengendapan epitaksial, karena melibatkan aliran gas (horizontal, vertikal), suhu, tekanan, fiksasi, pelepasan polutan dan aspek lainnya. faktor-faktor yang mempengaruhi. Oleh karena itu diperlukan suatu alas, kemudian substrat ditempatkan pada piringan, kemudian dilakukan pengendapan epitaksi pada substrat menggunakan teknologi CVD, dan alas tersebut adalah alas grafit berlapis SiC (disebut juga baki).
Basis grafit berlapis SiC biasanya digunakan untuk mendukung dan memanaskan substrat kristal tunggal dalam peralatan deposisi uap kimia logam-organik (MOCVD). Stabilitas termal, keseragaman termal, dan parameter kinerja lainnya dari basis grafit berlapis SiC memainkan peran yang menentukan dalam kualitas pertumbuhan material epitaksi, sehingga merupakan komponen kunci inti peralatan MOCVD.
Deposisi uap kimia logam-organik (MOCVD) adalah teknologi utama untuk pertumbuhan epitaksi film GaN dalam LED biru. Ini memiliki keunggulan pengoperasian yang sederhana, laju pertumbuhan yang terkendali, dan kemurnian film GaN yang tinggi. Sebagai komponen penting dalam ruang reaksi peralatan MOCVD, basis bantalan yang digunakan untuk pertumbuhan epitaksi film GaN harus memiliki keunggulan ketahanan suhu tinggi, konduktivitas termal yang seragam, stabilitas kimia yang baik, ketahanan guncangan termal yang kuat, dll. Bahan grafit dapat memenuhi kondisi di atas.
Sebagai salah satu komponen inti peralatan MOCVD, basis grafit adalah pembawa dan badan pemanas substrat, yang secara langsung menentukan keseragaman dan kemurnian bahan film, sehingga kualitasnya secara langsung mempengaruhi persiapan lembaran epitaksial, dan pada saat yang sama. Seiring berjalannya waktu, seiring dengan bertambahnya jumlah kegunaan dan perubahan kondisi kerja, maka sangat mudah dipakai, termasuk dalam bahan habis pakai.
Meskipun grafit memiliki konduktivitas dan stabilitas termal yang sangat baik, namun memiliki keunggulan yang baik sebagai komponen dasar peralatan MOCVD, namun dalam proses produksinya, grafit akan menimbulkan korosi pada bubuk karena residu gas korosif dan logam organik, serta masa pakainya. basis grafit akan sangat berkurang. Pada saat yang sama, bubuk grafit yang jatuh akan menyebabkan polusi pada chip.
Munculnya teknologi pelapisan dapat memberikan fiksasi serbuk permukaan, meningkatkan konduktivitas termal, dan meratakan distribusi panas, yang telah menjadi teknologi utama untuk mengatasi masalah ini. Basis grafit dalam lingkungan penggunaan peralatan MOCVD, lapisan permukaan dasar grafit harus memenuhi karakteristik berikut:
(1) Basis grafit dapat dibungkus seluruhnya, dan kepadatannya baik, jika tidak, basis grafit mudah terkorosi dalam gas korosif.
(2) Kekuatan kombinasi dengan dasar grafit tinggi untuk memastikan bahwa lapisan tidak mudah rontok setelah beberapa siklus suhu tinggi dan suhu rendah.
(3) Memiliki stabilitas kimia yang baik untuk menghindari kegagalan pelapisan pada suhu tinggi dan atmosfer korosif.
SiC memiliki keunggulan ketahanan korosi, konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan guncangan termal, dan stabilitas kimia yang tinggi, serta dapat bekerja dengan baik di atmosfer epitaksi GaN. Selain itu, koefisien muai panas SiC sangat sedikit berbeda dengan grafit, sehingga SiC adalah bahan pilihan untuk pelapis permukaan dasar grafit.
Saat ini, SiC yang umum terutama adalah tipe 3C, 4H dan 6H, dan penggunaan SiC dari jenis kristal yang berbeda juga berbeda. Misalnya, 4H-SiC dapat memproduksi perangkat berdaya tinggi; 6H-SiC adalah yang paling stabil dan dapat memproduksi perangkat fotolistrik; Karena strukturnya mirip dengan GaN, 3C-SiC dapat digunakan untuk memproduksi lapisan epitaksi GaN dan memproduksi perangkat RF SiC-GaN. 3C-SiC juga biasa dikenal sebagai β-SiC, dan kegunaan penting dari β-SiC adalah sebagai bahan film dan pelapis, sehingga β-SiC saat ini menjadi bahan utama pelapis.
Metode pembuatan lapisan silikon karbida
Saat ini, metode preparasi pelapisan SiC terutama mencakup metode gel-sol, metode embedding, metode pelapisan kuas, metode penyemprotan plasma, metode reaksi gas kimia (CVR) dan metode deposisi uap kimia (CVD).
Metode penyematan:
Metode ini adalah sejenis sintering fase padat suhu tinggi, yang terutama menggunakan campuran bubuk Si dan bubuk C sebagai bubuk penyemat, matriks grafit ditempatkan dalam bubuk penyemat, dan sintering suhu tinggi dilakukan dalam gas inert. , dan terakhir diperoleh lapisan SiC pada permukaan matriks grafit. Prosesnya sederhana dan kombinasi antara lapisan dan substratnya bagus, tetapi keseragaman lapisan sepanjang arah ketebalannya buruk, sehingga mudah menghasilkan lebih banyak lubang dan menyebabkan ketahanan oksidasi yang buruk.
Metode pelapisan kuas:
Metode pelapisan kuas terutama dengan menyikat bahan mentah cair pada permukaan matriks grafit, dan kemudian mengeringkan bahan mentah pada suhu tertentu untuk menyiapkan pelapis. Prosesnya sederhana dan biayanya rendah, tetapi pelapisan yang dibuat dengan metode pelapisan kuas lemah jika dikombinasikan dengan substrat, keseragaman pelapisan buruk, pelapisan tipis dan ketahanan oksidasi rendah, dan diperlukan metode lain untuk membantu. dia.
Metode penyemprotan plasma:
Metode penyemprotan plasma terutama menyemprotkan bahan mentah yang meleleh atau setengah meleleh pada permukaan matriks grafit dengan pistol plasma, kemudian mengeras dan mengikat untuk membentuk lapisan. Metode ini mudah dioperasikan dan dapat membuat lapisan silikon karbida yang relatif padat, tetapi lapisan silikon karbida yang dibuat dengan metode ini seringkali terlalu lemah dan menyebabkan ketahanan oksidasi yang lemah, sehingga umumnya digunakan untuk pembuatan lapisan komposit SiC untuk meningkatkan kualitas lapisan.
Metode gel-sol:
Metode gel-sol terutama menyiapkan larutan sol yang seragam dan transparan yang menutupi permukaan matriks, mengeringkannya menjadi gel dan kemudian sintering untuk mendapatkan lapisan. Cara pengoperasiannya sederhana dan biayanya rendah, namun lapisan yang dihasilkan memiliki beberapa kekurangan seperti ketahanan guncangan termal yang rendah dan mudah retak, sehingga tidak dapat digunakan secara luas.
Reaksi Gas Kimia (CVR):
CVR terutama menghasilkan lapisan SiC dengan menggunakan bubuk Si dan SiO2 untuk menghasilkan uap SiO pada suhu tinggi, dan serangkaian reaksi kimia terjadi pada permukaan substrat bahan C. Lapisan SiC yang dibuat dengan metode ini terikat erat dengan substrat, tetapi suhu reaksi lebih tinggi dan biaya lebih tinggi.
Deposisi Uap Kimia (CVD):
Saat ini, CVD merupakan teknologi utama untuk menyiapkan lapisan SiC pada permukaan substrat. Proses utamanya adalah serangkaian reaksi fisika dan kimia bahan reaktan fasa gas pada permukaan substrat, dan terakhir pelapisan SiC dibuat dengan cara pengendapan pada permukaan substrat. Lapisan SiC yang dibuat dengan teknologi CVD terikat erat pada permukaan substrat, yang secara efektif dapat meningkatkan ketahanan oksidasi dan ketahanan ablatif bahan substrat, namun waktu pengendapan metode ini lebih lama, dan gas reaksi memiliki racun tertentu. gas.
Situasi pasar basis grafit berlapis SiC
Ketika pabrikan asing memulainya lebih awal, mereka memiliki keunggulan yang jelas dan pangsa pasar yang tinggi. Secara internasional, pemasok utama basis grafit berlapis SiC adalah Dutch Xycard, Jerman SGL Carbon (SGL), Jepang Toyo Carbon, Amerika Serikat MEMC dan perusahaan lain, yang pada dasarnya menempati pasar internasional. Meskipun Tiongkok telah menembus teknologi inti utama dari pertumbuhan seragam lapisan SiC pada permukaan matriks grafit, matriks grafit berkualitas tinggi masih bergantung pada SGL Jerman, Jepang Toyo Carbon dan perusahaan lain, matriks grafit yang disediakan oleh perusahaan dalam negeri mempengaruhi layanan masa pakai karena konduktivitas termal, modulus elastisitas, modulus kaku, cacat kisi, dan masalah kualitas lainnya. Peralatan MOCVD tidak dapat memenuhi persyaratan penggunaan basis grafit berlapis SiC.
Industri semikonduktor Tiongkok berkembang pesat, dengan peningkatan bertahap tingkat lokalisasi peralatan epitaksi MOCVD, dan perluasan aplikasi proses lainnya, pasar produk berbasis grafit berlapis SiC di masa depan diperkirakan akan tumbuh pesat. Menurut perkiraan awal industri, pasar dasar grafit dalam negeri akan melebihi 500 juta yuan dalam beberapa tahun ke depan.
Basis grafit berlapis SiC adalah komponen inti dari peralatan industrialisasi semikonduktor majemuk, menguasai teknologi inti utama produksi dan manufakturnya, dan mewujudkan lokalisasi seluruh rantai industri peralatan proses bahan baku merupakan hal yang sangat penting secara strategis untuk memastikan pengembangan. industri semikonduktor Tiongkok. Bidang basis grafit berlapis SiC dalam negeri sedang booming, dan kualitas produknya akan segera mencapai tingkat mahir internasional.
Waktu posting: 24 Juli-2023