SiC-belagda grafitbaser används vanligtvis för att stödja och värma enkristallsubstrat i utrustning för metall-organisk kemisk ångavsättning (MOCVD). Den termiska stabiliteten, termiska enhetligheten och andra prestandaparametrar för SiC-belagd grafitbas spelar en avgörande roll för kvaliteten på epitaxiell materialtillväxt, så det är den centrala nyckelkomponenten i MOCVD-utrustning.
I processen för wafertillverkning konstrueras epitaxiella skikt ytterligare på vissa wafersubstrat för att underlätta tillverkningen av anordningar. Typiska LED-ljusemitterande enheter behöver förbereda epitaxiella lager av GaAs på kiselsubstrat; SiC-epitaxialskiktet odlas på det ledande SiC-substratet för konstruktion av enheter såsom SBD, MOSFET, etc., för högspänning, hög ström och andra krafttillämpningar; GaN epitaxiellt skikt är konstruerat på halvisolerat SiC-substrat för att ytterligare konstruera HEMT och andra enheter för RF-applikationer såsom kommunikation. Denna process är oskiljbar från CVD-utrustning.
I CVD-utrustningen kan substratet inte placeras direkt på metallen eller helt enkelt placeras på en bas för epitaxiell avsättning, eftersom det involverar gasflödet (horisontellt, vertikalt), temperatur, tryck, fixering, utsläpp av föroreningar och andra aspekter av påverkansfaktorerna. Därför behövs en bas, och sedan placeras substratet på skivan, och sedan utförs den epitaxiella avsättningen på substratet med CVD-teknik, och denna bas är den SiC-belagda grafitbasen (även känd som brickan).
SiC-belagda grafitbaser används vanligtvis för att stödja och värma enkristallsubstrat i utrustning för metall-organisk kemisk ångavsättning (MOCVD). Den termiska stabiliteten, termiska enhetligheten och andra prestandaparametrar för SiC-belagd grafitbas spelar en avgörande roll för kvaliteten på epitaxiell materialtillväxt, så det är den centrala nyckelkomponenten i MOCVD-utrustning.
Metall-organisk kemisk ångdeposition (MOCVD) är den vanliga tekniken för epitaxiell tillväxt av GaN-filmer i blå LED. Det har fördelarna med enkel drift, kontrollerbar tillväxthastighet och hög renhet av GaN-filmer. Som en viktig komponent i reaktionskammaren för MOCVD-utrustning måste lagerbasen som används för epitaxiell tillväxt av GaN-film ha fördelarna med hög temperaturbeständighet, enhetlig värmeledningsförmåga, god kemisk stabilitet, stark värmechockbeständighet, etc. Grafitmaterial kan uppfylla ovanstående villkor.
Som en av kärnkomponenterna i MOCVD-utrustning är grafitbas bäraren och uppvärmningskroppen för substratet, vilket direkt bestämmer likformigheten och renheten hos filmmaterialet, så dess kvalitet påverkar direkt beredningen av det epitaxiella arket, och samtidigt tid, med ökningen av antalet användningar och ändrade arbetsförhållanden, är det mycket lätt att bära, som hör till förbrukningsvarorna.
Även om grafit har utmärkt värmeledningsförmåga och stabilitet, har den en god fördel som baskomponent i MOCVD-utrustning, men i produktionsprocessen kommer grafit att korrodera pulvret på grund av rester av korrosiva gaser och metalliska organiska ämnen och livslängden för grafitbasen kommer att reduceras kraftigt. Samtidigt kommer det fallande grafitpulvret att orsaka förorening av chipet.
Framväxten av beläggningsteknik kan ge ytpulverfixering, förbättra värmeledningsförmågan och utjämna värmefördelningen, vilket har blivit huvudtekniken för att lösa detta problem. Grafitbas i användningsmiljö för MOCVD-utrustning, grafitbasyta bör uppfylla följande egenskaper:
(1) Grafitbasen kan lindas helt, och densiteten är bra, annars är grafitbasen lätt att korrodera i den korrosiva gasen.
(2) Kombinationsstyrkan med grafitbasen är hög för att säkerställa att beläggningen inte är lätt att falla av efter flera cykler med hög temperatur och låg temperatur.
(3) Den har god kemisk stabilitet för att undvika beläggningsfel i hög temperatur och korrosiv atmosfär.
SiC har fördelarna med korrosionsbeständighet, hög värmeledningsförmåga, termisk chockbeständighet och hög kemisk stabilitet, och kan fungera bra i GaN epitaxiell atmosfär. Dessutom skiljer sig den termiska expansionskoefficienten för SiC mycket lite från den för grafit, så SiC är det föredragna materialet för ytbeläggning av grafitbas.
För närvarande är den vanliga SiC huvudsakligen av typen 3C, 4H och 6H, och användningen av SiC för olika kristalltyper är olika. Till exempel kan 4H-SiC tillverka högeffektsenheter; 6H-SiC är den mest stabila och kan tillverka fotoelektriska enheter; På grund av dess struktur som liknar GaN kan 3C-SiC användas för att producera GaN-epitaxiallager och tillverka SiC-GaN RF-enheter. 3C-SiC är också allmänt känt som β-SiC, och en viktig användning av β-SiC är som en film och beläggningsmaterial, så β-SiC är för närvarande huvudmaterialet för beläggning.
Metod för framställning av kiselkarbidbeläggning
För närvarande inkluderar beredningsmetoderna för SiC-beläggning huvudsakligen gel-sol-metoden, inbäddningsmetod, borstbeläggningsmetod, plasmasprutningsmetod, kemisk gasreaktionsmetod (CVR) och kemisk ångavsättningsmetod (CVD).
Inbäddningsmetod:
Metoden är en slags fastfassintring med hög temperatur, som huvudsakligen använder blandningen av Si-pulver och C-pulver som inbäddningspulvret, grafitmatrisen placeras i inbäddningspulvret och högtemperatursintringen utförs i den inerta gasen och slutligen erhålls SiC-beläggningen på ytan av grafitmatrisen. Processen är enkel och kombinationen mellan beläggningen och substratet är bra, men likformigheten i beläggningen längs tjockleksriktningen är dålig, vilket är lätt att producera fler hål och leder till dålig oxidationsbeständighet.
Borstbeläggningsmetod:
Borstbeläggningsmetoden är huvudsakligen att borsta det flytande råmaterialet på ytan av grafitmatrisen och sedan härda råmaterialet vid en viss temperatur för att förbereda beläggningen. Processen är enkel och kostnaden är låg, men beläggningen som framställs med borstbeläggningsmetoden är svag i kombination med substratet, beläggningslikformigheten är dålig, beläggningen är tunn och oxidationsbeständigheten är låg, och andra metoder behövs för att hjälpa det.
Plasmasprutningsmetod:
Plasmasprutningsmetoden är huvudsakligen att spruta smälta eller halvsmälta råmaterial på ytan av grafitmatrisen med en plasmapistol, och sedan stelna och binda för att bilda en beläggning. Metoden är enkel att använda och kan framställa en relativt tät kiselkarbidbeläggning, men kiselkarbidbeläggningen som framställs med metoden är ofta för svag och leder till svag oxidationsbeständighet, så den används vanligtvis för framställning av SiC-kompositbeläggning för att förbättra beläggningens kvalitet.
Gel-sol metod:
Gel-sol-metoden är huvudsakligen att framställa en enhetlig och transparent sollösning som täcker ytan av matrisen, torka till en gel och sedan sintra för att erhålla en beläggning. Denna metod är enkel att använda och låg i kostnad, men den framställda beläggningen har vissa brister såsom låg värmechockbeständighet och lätt sprickbildning, så den kan inte användas i stor utsträckning.
Kemisk gasreaktion (CVR):
CVR genererar huvudsakligen SiC-beläggning genom att använda Si- och SiO2-pulver för att generera SiO-ånga vid hög temperatur, och en serie kemiska reaktioner inträffar på ytan av C-materialsubstratet. SiC-beläggningen som framställs med denna metod är tätt bunden till substratet, men reaktionstemperaturen är högre och kostnaden är högre.
Kemisk ångavsättning (CVD):
För närvarande är CVD den huvudsakliga tekniken för att förbereda SiC-beläggning på substratytan. Huvudprocessen är en serie fysikaliska och kemiska reaktioner av gasfasreaktantmaterial på substratytan, och slutligen bereds SiC-beläggningen genom avsättning på substratytan. SiC-beläggningen som framställts av CVD-teknik är tätt bunden till ytan av substratet, vilket effektivt kan förbättra oxidationsmotståndet och ablativt motstånd hos substratmaterialet, men avsättningstiden för denna metod är längre, och reaktionsgasen har en viss giftig gas.
Marknadssituationen för SiC-belagd grafitbas
När utländska tillverkare började tidigt hade de ett tydligt försprång och en hög marknadsandel. Internationellt är de vanliga leverantörerna av SiC-belagd grafitbas holländska Xycard, Tyskland SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, USA MEMC och andra företag, som i princip ockuperar den internationella marknaden. Även om Kina har brutit igenom nyckelkärntekniken för enhetlig tillväxt av SiC-beläggning på ytan av grafitmatris, förlitar sig högkvalitativ grafitmatris fortfarande på tyska SGL, Japan Toyo Carbon och andra företag, påverkar grafitmatrisen som tillhandahålls av inhemska företag tjänsten livslängd på grund av värmeledningsförmåga, elasticitetsmodul, stelmodul, gallerdefekter och andra kvalitetsproblem. MOCVD-utrustningen kan inte uppfylla kraven för användning av SiC-belagd grafitbas.
Kinas halvledarindustri utvecklas snabbt, med den gradvisa ökningen av lokaliseringshastigheten för MOCVD-epitaxialutrustning och expansion av andra processapplikationer, förväntas den framtida SiC-belagda grafitbasproduktmarknaden växa snabbt. Enligt preliminära industriuppskattningar kommer den inhemska grafitbasmarknaden att överstiga 500 miljoner yuan under de närmaste åren.
SiC-belagd grafitbas är kärnkomponenten i utrustning för sammansatt halvledarindustrialisering, att behärska den viktigaste kärnteknologin för dess produktion och tillverkning, och att förverkliga lokaliseringen av hela råmaterial-process-utrustning industrikedjan är av stor strategisk betydelse för att säkerställa utvecklingen av Kinas halvledarindustri. Området för inhemsk SiC-belagd grafitbas blomstrar, och produktkvaliteten kan snart nå den internationella avancerade nivån.
Posttid: 24 juli 2023