Графитовые основы с покрытием SiC обычно используются для поддержки и нагрева монокристаллических подложек в оборудовании для химического осаждения металлоорганических соединений (MOCVD). Термическая стабильность, термическая однородность и другие рабочие параметры графитовой основы с покрытием SiC играют решающую роль в качестве эпитаксиального роста материала, поэтому это основной ключевой компонент оборудования MOCVD.
В процессе производства пластин на некоторых подложках пластин дополнительно создаются эпитаксиальные слои, чтобы облегчить производство устройств. Типичные светодиодные светоизлучающие устройства требуют подготовки эпитаксиальных слоев GaAs на кремниевых подложках; Эпитаксиальный слой SiC выращивается на проводящей подложке SiC для создания таких устройств, как SBD, MOSFET и т. д., предназначенных для высокого напряжения, сильного тока и других силовых приложений; Эпитаксиальный слой GaN создается на полуизолированной подложке SiC для дальнейшего создания HEMT и других устройств для радиочастотных приложений, таких как связь. Этот процесс неотделим от оборудования CVD.
В оборудовании CVD подложку нельзя размещать непосредственно на металле или просто размещать на основе для эпитаксиального осаждения, поскольку она включает в себя поток газа (горизонтальный, вертикальный), температуру, давление, фиксацию, выделение загрязняющих веществ и другие аспекты. факторы влияния. Следовательно, необходима основа, затем подложка помещается на диск, а затем на подложку осуществляется эпитаксиальное осаждение с использованием технологии CVD, и эта основа представляет собой графитовую основу с покрытием SiC (также известную как лоток).
Графитовые основы с покрытием SiC обычно используются для поддержки и нагрева монокристаллических подложек в оборудовании для химического осаждения металлоорганических соединений (MOCVD). Термическая стабильность, термическая однородность и другие рабочие параметры графитовой основы с покрытием SiC играют решающую роль в качестве эпитаксиального роста материала, поэтому это основной ключевой компонент оборудования MOCVD.
Химическое осаждение металлорганических соединений из паровой фазы (MOCVD) является основной технологией эпитаксиального роста пленок GaN в синих светодиодах. Его преимущества заключаются в простоте эксплуатации, контролируемой скорости роста и высокой чистоте пленок GaN. Являясь важным компонентом реакционной камеры оборудования MOCVD, основание подшипника, используемое для эпитаксиального выращивания пленки GaN, должно обладать такими преимуществами, как устойчивость к высоким температурам, равномерная теплопроводность, хорошая химическая стабильность, высокая термостойкость и т. д. Графитовый материал может соответствовать требованиям вышеуказанные условия.
Графитовая основа, как один из основных компонентов оборудования MOCVD, является несущим и нагревательным телом подложки, что напрямую определяет однородность и чистоту материала пленки, поэтому ее качество напрямую влияет на подготовку эпитаксиального листа и в то же время время, с увеличением количества использований и изменением условий работы, очень легко изнашивается, относится к расходным материалам.
Хотя графит обладает превосходной теплопроводностью и стабильностью, он имеет хорошее преимущество в качестве базового компонента оборудования MOCVD, но в процессе производства графит разъедает порошок из-за остатков агрессивных газов и металлической органики, а также сокращает срок службы графитовая основа будет значительно уменьшена. В то же время падающий графитовый порошок приведет к загрязнению чипа.
Появление технологии нанесения покрытий способно обеспечить фиксацию порошка на поверхности, повысить теплопроводность и выровнять распределение тепла, что стало основной технологией решения этой проблемы. Графитовая основа в среде использования оборудования MOCVD, покрытие поверхности графитовой основы должно соответствовать следующим характеристикам:
(1) Графитовая основа может быть полностью обернута, плотность хорошая, в противном случае графитовая основа легко подвергнется коррозии в агрессивном газе.
(2) Прочность сочетания с графитовой основой высока, что гарантирует, что покрытие будет нелегко отвалиться после нескольких циклов высокой и низкой температуры.
(3) Он обладает хорошей химической стабильностью, что позволяет избежать разрушения покрытия при высоких температурах и агрессивной атмосфере.
Карбид кремния обладает такими преимуществами, как коррозионная стойкость, высокая теплопроводность, термостойкость и высокая химическая стабильность, а также может хорошо работать в эпитаксиальной атмосфере GaN. Кроме того, коэффициент теплового расширения SiC очень мало отличается от коэффициента теплового расширения графита, поэтому SiC является предпочтительным материалом для поверхностного покрытия графитовой основы.
В настоящее время распространенный SiC в основном относится к типам 3C, 4H и 6H, а использование различных типов кристаллов SiC различно. Например, из 4H-SiC можно производить устройства высокой мощности; 6H-SiC является наиболее стабильным и может использоваться для изготовления фотоэлектрических устройств; Благодаря своей структуре, схожей с GaN, 3C-SiC можно использовать для создания эпитаксиального слоя GaN и изготовления радиочастотных устройств SiC-GaN. 3C-SiC также широко известен как β-SiC, а β-SiC широко используется в качестве материала для пленок и покрытий, поэтому β-SiC в настоящее время является основным материалом для покрытия.
Способ получения покрытия из карбида кремния
В настоящее время методы подготовки покрытия SiC в основном включают метод гель-золя, метод заливки, метод нанесения кистью, метод плазменного напыления, метод химической газовой реакции (CVR) и метод химического осаждения из паровой фазы (CVD).
Метод встраивания:
Этот метод представляет собой разновидность высокотемпературного твердофазного спекания, при котором в качестве заливочного порошка в основном используется смесь порошка Si и порошка C, графитовая матрица помещается во внедряющий порошок, а высокотемпературное спекание проводится в инертном газе. и, наконец, на поверхности графитовой матрицы получается покрытие SiC. Процесс прост, и сочетание покрытия и подложки хорошее, но однородность покрытия по толщине плохая, что приводит к образованию большего количества отверстий и плохой стойкости к окислению.
Метод нанесения кистью:
Метод нанесения покрытия кистью заключается в основном в нанесении жидкого сырья на поверхность графитовой матрицы, а затем в отверждении сырья при определенной температуре для подготовки покрытия. Процесс прост и имеет низкую стоимость, но покрытие, полученное методом нанесения кистью, является слабым в сочетании с подложкой, однородность покрытия плохая, покрытие тонкое, а стойкость к окислению низкая, и необходимы другие методы для оказания помощи. это.
Метод плазменного напыления:
Метод плазменного напыления заключается в основном в распылении расплавленного или полурасплавленного сырья на поверхность графитовой матрицы с помощью плазменной пушки, а затем в затвердевании и соединении с образованием покрытия. Метод прост в использовании и позволяет получить относительно плотное покрытие из карбида кремния, но покрытие из карбида кремния, полученное этим методом, часто бывает слишком слабым и приводит к слабой стойкости к окислению, поэтому его обычно используют для приготовления композитного покрытия SiC для улучшения качество покрытия.
Гель-зольный метод:
Метод гель-золя в основном заключается в приготовлении однородного и прозрачного раствора золя, покрывающего поверхность матрицы, высыхании в гель и последующем спекании для получения покрытия. Этот метод прост в эксплуатации и недорог, но полученное покрытие имеет некоторые недостатки, такие как низкая термостойкость и легкое растрескивание, поэтому его нельзя широко использовать.
Химическая газовая реакция (CVR):
CVR в основном создает покрытие SiC, используя порошок Si и SiO2 для генерации пара SiO при высокой температуре, а на поверхности подложки из материала C происходит ряд химических реакций. Покрытие SiC, полученное этим методом, тесно связано с подложкой, но температура реакции выше и стоимость выше.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD):
В настоящее время CVD является основной технологией получения покрытия SiC на поверхности подложки. Основной процесс представляет собой серию физических и химических реакций газофазного реагирующего материала на поверхности подложки, и, наконец, покрытие SiC готовится путем осаждения на поверхность подложки. Покрытие SiC, полученное по технологии CVD, тесно связано с поверхностью подложки, что может эффективно улучшить стойкость к окислению и абляционную стойкость материала подложки, но время осаждения этого метода больше, а реакционный газ имеет определенную токсичность. газ.
Ситуация на рынке графитовой основы с покрытием SiC
Когда иностранные производители начинали свою деятельность рано, они имели явное преимущество и высокую долю рынка. На международном уровне основными поставщиками графитовой основы с покрытием SiC являются голландская Xycard, немецкая SGL Carbon (SGL), японская Toyo Carbon, американская MEMC и другие компании, которые в основном занимают международный рынок. Хотя Китай разработал ключевую технологию равномерного роста покрытия SiC на поверхности графитовой матрицы, высококачественная графитовая матрица по-прежнему зависит от немецкой SGL, японской Toyo Carbon и других предприятий, графитовая матрица, предоставляемая отечественными предприятиями, влияет на обслуживание. Срок службы из-за теплопроводности, модуля упругости, модуля жесткости, дефектов решетки и других проблем с качеством. Оборудование MOCVD не может соответствовать требованиям использования графитовой основы с покрытием SiC.
Полупроводниковая промышленность Китая быстро развивается, с постепенным увеличением скорости локализации эпитаксиального оборудования MOCVD и расширением других технологических приложений, ожидается, что будущий рынок базовой продукции из графита с покрытием SiC будет быстро расти. По предварительным оценкам отрасли, внутренний рынок графитовой основы в ближайшие несколько лет превысит 500 миллионов юаней.
Графитовая основа с покрытием SiC является основным компонентом оборудования для индустриализации сложных полупроводников, освоение ключевых основных технологий его производства и изготовления, а реализация локализации всей отраслевой цепочки сырье-технологическое оборудование имеет большое стратегическое значение для обеспечения развития Полупроводниковая промышленность Китая. Область отечественного графита с покрытием SiC находится на подъеме, и качество продукции вскоре может достичь международного уровня.
Время публикации: 24 июля 2023 г.