Grafitne podlage, prevlečene s SiC, se običajno uporabljajo za podporo in ogrevanje monokristalnih substratov v opremi za kemično naparjevanje kovinsko-organskih organov (MOCVD). Toplotna stabilnost, toplotna enakomernost in drugi parametri delovanja grafitne osnove, prevlečene s SiC, igrajo odločilno vlogo pri kakovosti epitaksialne rasti materiala, zato je ključna komponenta opreme MOCVD.
V procesu izdelave rezin se epitaksialne plasti dodatno konstruirajo na nekaterih podlagah za rezine, da se olajša izdelava naprav. Tipične naprave za oddajanje svetlobe LED morajo pripraviti epitaksialne plasti GaAs na silicijevih substratih; Epitaksialna plast SiC se goji na prevodnem substratu SiC za konstrukcijo naprav, kot so SBD, MOSFET itd., za visokonapetostne, visoke tokove in druge močnostne aplikacije; Epitaksialna plast GaN je izdelana na polizoliranem substratu SiC za nadaljnjo konstrukcijo HEMT in drugih naprav za RF aplikacije, kot je komunikacija. Ta proces je neločljivo povezan s CVD opremo.
V opremi CVD substrata ni mogoče postaviti neposredno na kovino ali preprosto postaviti na podlago za epitaksialno nanašanje, ker vključuje pretok plina (vodoravno, navpično), temperaturo, tlak, fiksacijo, odvajanje onesnaževal in druge vidike dejavniki vpliva. Zato je potrebna osnova, nato pa se substrat namesti na disk, nato pa se na substrat izvede epitaksialno nanašanje s tehnologijo CVD, ta osnova pa je grafitna osnova, prevlečena s SiC (znana tudi kot pladenj).
Grafitne podlage, prevlečene s SiC, se običajno uporabljajo za podporo in ogrevanje monokristalnih substratov v opremi za kemično naparjevanje kovinsko-organskih organov (MOCVD). Toplotna stabilnost, toplotna enakomernost in drugi parametri delovanja grafitne osnove, prevlečene s SiC, igrajo odločilno vlogo pri kakovosti epitaksialne rasti materiala, zato je ključna komponenta opreme MOCVD.
Metalno-organsko kemično naparjevanje (MOCVD) je glavna tehnologija za epitaksialno rast GaN filmov v modri LED. Prednosti so preprosto delovanje, nadzorovana hitrost rasti in visoka čistost GaN filmov. Kot pomembna komponenta v reakcijski komori opreme MOCVD mora nosilna osnova, ki se uporablja za epitaksialno rast GaN filma, imeti prednosti visoke temperaturne odpornosti, enakomerne toplotne prevodnosti, dobre kemične stabilnosti, močne odpornosti na toplotne udarce itd. Grafitni material lahko izpolni zgornjih pogojev.
Kot ena od osrednjih komponent opreme MOCVD je grafitna osnova nosilec in grelno telo substrata, ki neposredno določa enotnost in čistost filmskega materiala, zato njegova kakovost neposredno vpliva na pripravo epitaksialne plošče in hkrati čas, z večanjem števila uporab in spreminjanjem delovnih pogojev je zelo enostaven za nošenje, spada med potrošni material.
Čeprav ima grafit odlično toplotno prevodnost in stabilnost, ima dobro prednost kot osnovna komponenta opreme MOCVD, vendar bo v proizvodnem procesu grafit korodiral prah zaradi ostankov korozivnih plinov in kovinskih organskih snovi ter življenjske dobe grafitna osnova bo močno zmanjšana. Istočasno bo padajoči grafitni prah povzročil onesnaženje čipa.
Pojav tehnologije premazov lahko zagotovi površinsko fiksacijo prahu, poveča toplotno prevodnost in izenači porazdelitev toplote, kar je postala glavna tehnologija za reševanje tega problema. Grafitna osnova v okolju uporabe opreme MOCVD, mora grafitna osnovna površinska prevleka izpolnjevati naslednje značilnosti:
(1) Grafitno osnovo je mogoče popolnoma zaviti, gostota pa je dobra, sicer je grafitno osnovo zlahka korodirati v jedkem plinu.
(2) Trdnost kombinacije z grafitno osnovo je visoka, kar zagotavlja, da premaz po več ciklih visokih in nizkih temperatur ne odpade zlahka.
(3) Ima dobro kemično stabilnost, da se prepreči odpoved premaza pri visoki temperaturi in jedki atmosferi.
SiC ima prednosti odpornosti proti koroziji, visoke toplotne prevodnosti, odpornosti na toplotne udarce in visoke kemične stabilnosti ter lahko dobro deluje v epitaksialni atmosferi GaN. Poleg tega se koeficient toplotne razteznosti SiC zelo malo razlikuje od koeficienta grafita, zato je SiC prednostni material za površinsko prevleko grafitne osnove.
Trenutno je običajni SiC v glavnem tip 3C, 4H in 6H, uporaba različnih vrst kristalov SiC pa je različna. Na primer, 4H-SiC lahko proizvaja visoko zmogljive naprave; 6H-SiC je najbolj stabilen in lahko proizvaja fotoelektrične naprave; Zaradi podobne strukture kot GaN se lahko 3C-SiC uporablja za izdelavo epitaksialne plasti GaN in izdelavo RF naprav SiC-GaN. 3C-SiC je splošno znan tudi kot β-SiC, pomembna uporaba β-SiC pa je kot film in prevlečni material, tako da je β-SiC trenutno glavni material za prevleko.
Metoda priprave prevleke iz silicijevega karbida
Trenutno metode priprave SiC prevleke vključujejo predvsem metodo gel-sol, metodo vdelave, metodo premaza s čopičem, metodo plazemskega razprševanja, metodo kemične plinske reakcije (CVR) in metodo kemičnega naparjevanja (CVD).
Način vdelave:
Metoda je neke vrste visokotemperaturno sintranje v trdni fazi, ki v glavnem uporablja mešanico prahu Si in prahu C kot vgradni prah, grafitna matrika je nameščena v vgradnem prahu, visokotemperaturno sintranje pa se izvaja v inertnem plinu. , in končno dobimo SiC prevleko na površini grafitne matrice. Postopek je preprost in kombinacija med prevleko in substratom je dobra, vendar je enakomernost prevleke vzdolž smeri debeline slaba, kar lahko povzroči več lukenj in vodi do slabe odpornosti proti oksidaciji.
Metoda premazovanja s čopičem:
Metoda prevleke s čopičem je v glavnem krtačenje tekoče surovine na površini grafitne matrice in nato strjevanje surovine pri določeni temperaturi za pripravo prevleke. Postopek je preprost in strošek nizek, vendar je prevleka, pripravljena s premazovanjem s čopičem, šibka v kombinaciji s podlago, enakomernost prevleke je slaba, prevleka je tanka in odpornost proti oksidaciji je nizka, zato so potrebne druge metode za pomoč to.
Metoda plazemskega brizganja:
Metoda plazemskega razprševanja je v glavnem razprševanje staljenih ali polstaljenih surovin na površino grafitne matrice s plazemsko pištolo, nato strjevanje in povezovanje, da se tvori premaz. Metoda je enostavna za uporabo in lahko pripravi razmeroma gosto prevleko iz silicijevega karbida, vendar je prevleka iz silicijevega karbida, pripravljena s to metodo, pogosto prešibka in povzroči šibko odpornost proti oksidaciji, zato se na splošno uporablja za pripravo kompozitne prevleke SiC za izboljšanje kakovost premaza.
Gel-sol metoda:
Metoda gel-sol je predvsem priprava enotne in prozorne raztopine sola, ki pokriva površino matrice, sušenje v gel in nato sintranje, da dobimo prevleko. Ta metoda je enostavna za uporabo in nizka cena, vendar ima izdelana prevleka nekaj pomanjkljivosti, kot sta nizka odpornost na toplotne udarce in enostavno pokanje, zato je ni mogoče široko uporabljati.
Kemična plinska reakcija (CVR):
CVR v glavnem ustvari prevleko SiC z uporabo prahu Si in SiO2 za ustvarjanje pare SiO pri visoki temperaturi, na površini substrata materiala C pa se pojavi vrsta kemičnih reakcij. Prevleka SiC, pripravljena s to metodo, je tesno povezana s substratom, vendar je reakcijska temperatura višja in stroški so višji.
Kemično naparjanje (CVD):
Trenutno je CVD glavna tehnologija za pripravo SiC prevleke na površini substrata. Glavni proces je vrsta fizikalnih in kemijskih reakcij reaktanta v plinski fazi na površini substrata, na koncu pa se prevleka iz SiC pripravi z nanašanjem na površino substrata. Prevleka SiC, pripravljena s tehnologijo CVD, je tesno povezana s površino substrata, kar lahko učinkovito izboljša odpornost proti oksidaciji in ablacijsko odpornost substratnega materiala, vendar je čas nanašanja te metode daljši, reakcijski plin pa ima določeno strupenost. plin.
Razmere na trgu grafitne baze, prevlečene s SiC
Ko so tuji proizvajalci začeli zgodaj, so imeli jasno prednost in visok tržni delež. Na mednarodni ravni so glavni dobavitelji grafitne baze, prevlečene s SiC, nizozemski Xycard, nemški SGL Carbon (SGL), japonski Toyo Carbon, ameriški MEMC in druga podjetja, ki v bistvu zasedajo mednarodni trg. Čeprav je Kitajska prebila ključno temeljno tehnologijo enakomerne rasti SiC prevleke na površini grafitne matrice, se visokokakovostna grafitna matrica še vedno opira na nemško SGL, japonsko Toyo Carbon in druga podjetja, grafitna matrika, ki jo zagotavljajo domača podjetja, vpliva na storitev življenjsko dobo zaradi toplotne prevodnosti, elastičnega modula, togega modula, napak v mreži in drugih težav s kakovostjo. Oprema MOCVD ne more izpolniti zahtev za uporabo grafitne osnove, prevlečene s SiC.
Kitajska polprevodniška industrija se hitro razvija, s postopnim povečevanjem stopnje lokalizacije epitaksialne opreme MOCVD in širitvijo drugih procesnih aplikacij se pričakuje, da bo prihodnji trg grafitnih osnovnih izdelkov, prevlečenih s SiC, hitro rasel. Po predhodnih ocenah industrije bo domači trg grafitne baze v naslednjih nekaj letih presegel 500 milijonov juanov.
Grafitna osnova, prevlečena s SiC, je osrednja komponenta opreme za industrializacijo sestavljenih polprevodnikov, obvladovanje ključne osnovne tehnologije njene proizvodnje in izdelave ter uresničitev lokalizacije celotne industrijske verige surovine-proces-oprema je velikega strateškega pomena za zagotavljanje razvoja Kitajska polprevodniška industrija. Področje domačih grafitnih baz, prevlečenih s SiC, je v razcvetu, kakovost izdelkov pa lahko kmalu doseže mednarodno napredno raven.
Čas objave: 24. julij 2023