חלקי מוליכים למחצה - בסיס גרפיט מצופה SiC

בסיסי גרפיט מצופים SiC משמשים בדרך כלל לתמיכה וחימום של מצעי גביש בודדים בציוד מתכת-אורגני כימיקלים (MOCVD). היציבות התרמית, האחידות התרמית ופרמטרי ביצועים אחרים של בסיס גרפיט מצופה SiC ממלאים תפקיד מכריע באיכות צמיחת החומר האפיטקסיאלי, ולכן הוא מרכיב המפתח המרכזי של ציוד MOCVD.

בתהליך של ייצור פרוסות, שכבות אפיטקסיאליות נבנות עוד יותר על כמה מצעי פרוס כדי להקל על ייצור התקנים. התקנים פולטי אור LED אופייניים צריכים להכין שכבות אפיטקסיאליות של GaAs על מצעי סיליקון; השכבה האפיטקסיאלית SiC גדלה על מצע SiC המוליך לבניית התקנים כגון SBD, MOSFET וכו', ליישומי מתח גבוה, זרם גבוה ויישומי הספק אחרים; שכבת אפיטקסיאלית GaN בנויה על מצע SiC מבודד למחצה כדי לבנות עוד יותר HEMT והתקנים אחרים עבור יישומי RF כגון תקשורת. תהליך זה אינו נפרד מציוד CVD.

בציוד ה-CVD, לא ניתן להניח את המצע ישירות על המתכת או פשוט להניח אותו על בסיס לתצהיר אפיטקסיאלי, מכיוון שהוא כרוך בזרימת הגז (אופקי, אנכי), טמפרטורה, לחץ, קיבוע, שפיכת מזהמים והיבטים אחרים של גורמי ההשפעה. לכן יש צורך בבסיס, ולאחר מכן מניחים את המצע על הדיסק, ולאחר מכן מתבצעת השקיעה האפיטקסיאלית על המצע בטכנולוגיית CVD, ובסיס זה הוא בסיס הגרפיט מצופה SiC (המכונה גם המגש).

בסיסי גרפיט מצופים SiC משמשים בדרך כלל לתמיכה וחימום של מצעי גביש בודדים בציוד מתכת-אורגני כימיקלים (MOCVD). היציבות התרמית, האחידות התרמית ופרמטרי ביצועים אחרים של בסיס גרפיט מצופה SiC ממלאים תפקיד מכריע באיכות צמיחת החומר האפיטקסיאלי, ולכן הוא מרכיב המפתח המרכזי של ציוד MOCVD.

שקיעת אדים כימית מתכת-אורגני (MOCVD) היא הטכנולוגיה המרכזית לצמיחה אפיטקסיאלית של סרטי GaN ב-LED כחול. יש לו את היתרונות של פעולה פשוטה, קצב צמיחה ניתן לשליטה וטוהר גבוה של סרטי GaN. כמרכיב חשוב בתא התגובה של ציוד MOCVD, בסיס המיסב המשמש לצמיחת אפיטקסיאלית של סרט GaN צריך להיות בעל יתרונות של עמידות בטמפרטורה גבוהה, מוליכות תרמית אחידה, יציבות כימית טובה, עמידות בפני זעזועים תרמיים וכו'. חומר גרפיט יכול לעמוד התנאים הנ"ל.

כאחד ממרכיבי הליבה של ציוד MOCVD, בסיס גרפיט הוא הנשא וגוף החימום של המצע, אשר קובע ישירות את האחידות והטוהר של חומר הסרט, כך שהאיכות שלו משפיעה ישירות על הכנת הגיליון האפיטקסיאלי, ובמקביל זמן, עם הגידול במספר השימושים ושינוי תנאי העבודה, קל מאוד ללבוש אותו, השייך לחומרים המתכלים.

למרות שלגרפיט מוליכות ויציבות תרמית מצוינים, יש לו יתרון טוב כמרכיב בסיס של ציוד MOCVD, אך בתהליך הייצור, הגרפיט ישחד את האבקה עקב שאריות גזים קורוזיביים וחומרים אורגניים מתכתיים, וחיי השירות של הגרפיט. בסיס גרפיט יקטן מאוד. יחד עם זאת, אבקת הגרפיט הנופלת תגרום לזיהום השבב.

הופעתה של טכנולוגיית הציפוי יכולה לספק קיבוע אבקת פני השטח, לשפר מוליכות תרמית ולהשוות את חלוקת החום, שהפכה לטכנולוגיה העיקרית לפתור בעיה זו. בסיס גרפיט בסביבת השימוש בציוד MOCVD, ציפוי משטח בסיס גרפיט צריך לעמוד במאפיינים הבאים:

(1) ניתן לעטוף את בסיס הגרפיט במלואו, והצפיפות טובה, אחרת קל להחליד את בסיס הגרפיט בגז המאכל.

(2) חוזק השילוב עם בסיס הגרפיט גבוה כדי להבטיח שהציפוי לא קל ליפול לאחר מספר מחזורי טמפרטורה גבוהה וטמפרטורה נמוכה.

(3) יש לו יציבות כימית טובה כדי למנוע כשל ציפוי בטמפרטורה גבוהה ואווירה קורוזיבית.

ל-SiC יש את היתרונות של עמידות בפני קורוזיה, מוליכות תרמית גבוהה, עמידות בפני זעזועים תרמיים ויציבות כימית גבוהה, והוא יכול לעבוד היטב באווירה אפיטקסיאלית GaN. בנוסף, מקדם ההתפשטות התרמית של SiC שונה מעט מאוד מזה של גרפיט, ולכן SiC הוא החומר המועדף לציפוי פני השטח של בסיס גרפיט.

כיום, ה-SiC הנפוץ הוא בעיקר מסוג 3C, 4H ו-6H, והשימושים ב-SiC של סוגי גבישים שונים שונים. לדוגמה, 4H-SiC יכול לייצר מכשירים בעלי הספק גבוה; 6H-SiC הוא היציב ביותר ויכול לייצר מכשירים פוטו-אלקטריים; בגלל המבנה הדומה ל-GaN, ניתן להשתמש ב-3C-SiC לייצור שכבה אפיטקסיאלית GaN וייצור התקני RF של SiC-GaN. 3C-SiC ידוע גם בשם β-SiC, ושימוש חשוב ב- β-SiC הוא כסרט וחומר ציפוי, ולכן β-SiC הוא כיום החומר העיקרי לציפוי.

שיטה להכנת ציפוי סיליקון קרביד

נכון להיום, שיטות ההכנה של ציפוי SiC כוללות בעיקר שיטת ג'ל-סול, שיטת הטבעה, שיטת ציפוי מברשת, שיטת התזת פלזמה, שיטת תגובה לגז כימי (CVR) ושיטת אדי כימית (CVD).

שיטת הטבעה:

השיטה היא מעין סינטר פאזה מוצקה בטמפרטורה גבוהה, המשתמשת בעיקר בתערובת אבקת Si ואבקת C כאבקת ההטבעה, מטריצת הגרפיט מונחת באבקת ההטבעה, והסינטר בטמפרטורה גבוהה מתבצעת בגז אינרטי. , ולבסוף ציפוי SiC מתקבל על פני השטח של מטריצת הגרפיט. התהליך פשוט והשילוב בין הציפוי למצע טוב, אך אחידות הציפוי לאורך כיוון העובי ירודה, מה שקל לייצר יותר חורים ומוביל לעמידות חמצון ירודה.

שיטת ציפוי מברשת:

שיטת ציפוי המברשת היא בעיקר להבריש את חומר הגלם הנוזלי על פני מטריצת הגרפיט, ולאחר מכן לרפא את חומר הגלם בטמפרטורה מסוימת כדי להכין את הציפוי. התהליך פשוט והעלות נמוכה, אך הציפוי שהוכן בשיטת ציפוי מברשת חלש בשילוב עם המצע, אחידות הציפוי ירודה, הציפוי דק ועמידות החמצון נמוכה, ויש צורך בשיטות אחרות כדי לסייע זֶה.

שיטת ריסוס פלזמה:

שיטת ריסוס הפלזמה היא בעיקר ריסוס חומרי גלם מומסים או מותכים למחצה על פני מטריצת הגרפיט בעזרת אקדח פלזמה, ולאחר מכן להתמצק ולהיקשר ליצירת ציפוי. השיטה פשוטה לתפעול ויכולה להכין ציפוי סיליקון קרביד צפוף יחסית, אך ציפוי הסיליקון קרביד שהוכן בשיטה לרוב חלש מדי ומוביל לעמידות חמצון חלשה, ולכן הוא משמש בדרך כלל להכנת ציפוי מרוכב SiC לשיפור איכות הציפוי.

שיטת ג'ל-סול:

שיטת הג'ל-סול היא בעיקר הכנת תמיסת סול אחידה ושקופה המכסה את פני המטריצה, ייבוש לג'ל ולאחר מכן סינטר לקבלת ציפוי. שיטה זו פשוטה לתפעול ובעלות נמוכה, אך לציפוי המיוצר יש כמה חסרונות כגון עמידות נמוכה בפני זעזועים תרמיים ופיצוח קל, כך שלא ניתן להשתמש בה באופן נרחב.

תגובת גז כימית (CVR):

CVR מייצר בעיקר ציפוי SiC על ידי שימוש באבקת Si ו- SiO2 ליצירת קיטור SiO בטמפרטורה גבוהה, וסדרה של תגובות כימיות מתרחשות על פני השטח של מצע חומר C. ציפוי SiC שהוכן בשיטה זו קשור באופן הדוק למצע, אך טמפרטורת התגובה גבוהה יותר והעלות גבוהה יותר.

שקיעת אדים כימית (CVD):

כיום, CVD היא הטכנולוגיה העיקרית להכנת ציפוי SiC על פני המצע. התהליך העיקרי הוא סדרה של תגובות פיזיקליות וכימיות של חומר מגיב בפאזה גז על פני המצע, ולבסוף מכינים את ציפוי ה-SiC על ידי שקיעה על פני המצע. ציפוי ה-SiC שהוכן בטכנולוגיית CVD קשור בקשר הדוק לפני השטח של המצע, מה שיכול לשפר ביעילות את עמידות החמצון וההתנגדות הבלטיבית של חומר המצע, אך זמן השקיעה של שיטה זו ארוך יותר, ולגז התגובה יש רעיל מסוים. גַז.

מצב השוק של בסיס גרפיט מצופה SiC

כאשר יצרנים זרים התחילו מוקדם, היה להם יתרון ברור ונתח שוק גבוה. בעולם, הספקים המרכזיים של בסיס גרפיט מצופה SiC הם Xycard ההולנדית, גרמניה SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, ארצות הברית MEMC וחברות אחרות, אשר בעצם תופסות את השוק הבינלאומי. למרות שסין פרצה דרך טכנולוגיית הליבה העיקרית של צמיחה אחידה של ציפוי SiC על פני השטח של מטריצת גרפיט, מטריצת גרפיט איכותית עדיין מסתמכת על SGL הגרמנית, Japan Toyo Carbon ומפעלים אחרים, מטריצת הגרפיט שמסופקת על ידי ארגונים מקומיים משפיעה על השירות חיים עקב מוליכות תרמית, מודול אלסטי, מודול קשיח, פגמי סריג ובעיות איכות אחרות. ציוד ה-MOCVD אינו יכול לעמוד בדרישות השימוש בבסיס גרפיט מצופה SiC.

תעשיית המוליכים למחצה בסין מתפתחת במהירות, עם עלייה הדרגתית של קצב לוקליזציה של ציוד אפיטקסיאלי של MOCVD, והרחבת יישומי תהליכים אחרים, שוק מוצרי בסיס הגרפיט מצופה SiC העתידי צפוי לגדול במהירות. על פי הערכות ראשוניות בתעשייה, שוק בסיס הגרפיט המקומי יעלה על 500 מיליון יואן בשנים הקרובות.

בסיס גרפיט מצופה SiC הוא מרכיב הליבה של ציוד תיעוש מוליכים למחצה מורכבים, שליטה בטכנולוגיית הליבה העיקרית של הייצור והייצור שלו, ומימוש הלוקליזציה של כל שרשרת תעשיית חומרי הגלם-תהליכים-ציוד היא בעלת משמעות אסטרטגית רבה להבטחת הפיתוח של תעשיית המוליכים למחצה בסין. תחום בסיס הגרפיט המקומי מצופה SiC פורח, ואיכות המוצר יכולה להגיע בקרוב לרמה המתקדמת הבינלאומית.