ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ - ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC

ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC มักใช้เพื่อรองรับและให้ความร้อนแก่ซับสเตรตผลึกเดี่ยวในอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์และโลหะ (MOCVD) ความเสถียรทางความร้อน ความสม่ำเสมอทางความร้อน และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพอื่นๆ ของฐานกราไฟท์ที่เคลือบ SiC มีบทบาทสำคัญในคุณภาพของการเติบโตของวัสดุอีปิแอกเซียล ดังนั้นจึงเป็นองค์ประกอบหลักหลักของอุปกรณ์ MOCVD

ในกระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ ชั้น epitaxis จะถูกสร้างขึ้นเพิ่มเติมบนพื้นผิวเวเฟอร์บางชนิดเพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตอุปกรณ์ อุปกรณ์เปล่งแสง LED ทั่วไปจำเป็นต้องเตรียมชั้น epitaxis ของ GaAs บนพื้นผิวซิลิกอน ชั้นอีปิแอกเซียลของ SiC ถูกปลูกบนซับสเตรต SiC ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับการสร้างอุปกรณ์ เช่น SBD, MOSFET ฯลฯ สำหรับการใช้งานไฟฟ้าแรงสูง กระแสไฟฟ้าแรงสูง และพลังงานอื่นๆ ชั้นอีพิแทกเซียล GaN ถูกสร้างขึ้นบนซับสเตรต SiC กึ่งหุ้มฉนวนเพื่อสร้าง HEMT และอุปกรณ์อื่นๆ เพิ่มเติมสำหรับการใช้งาน RF เช่น การสื่อสาร กระบวนการนี้แยกออกจากอุปกรณ์ CVD ไม่ได้

ในอุปกรณ์ CVD ไม่สามารถวางซับสเตรตบนโลหะโดยตรงหรือเพียงแค่วางบนฐานสำหรับการสะสมที่เยื่อบุผิว เนื่องจากซับสเตรตเกี่ยวข้องกับการไหลของก๊าซ (แนวนอน แนวตั้ง) อุณหภูมิ ความดัน การตรึง การไหลของสารมลพิษ และลักษณะอื่น ๆ ของ ปัจจัยที่มีอิทธิพล ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีฐาน จากนั้นจึงวางซับสเตรตลงบนแผ่นดิสก์ จากนั้นจึงทำการสะสมอีพิแทกเซียลบนซับสเตรตโดยใช้เทคโนโลยี CVD และฐานนี้คือฐานกราไฟท์ที่เคลือบ SiC (หรือที่เรียกว่าถาด)

ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC มักใช้เพื่อรองรับและให้ความร้อนแก่ซับสเตรตผลึกเดี่ยวในอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์และโลหะ (MOCVD) ความเสถียรทางความร้อน ความสม่ำเสมอทางความร้อน และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพอื่นๆ ของฐานกราไฟท์ที่เคลือบ SiC มีบทบาทสำคัญในคุณภาพของการเติบโตของวัสดุอีปิแอกเซียล ดังนั้นจึงเป็นองค์ประกอบหลักหลักของอุปกรณ์ MOCVD

การสะสมไอสารเคมีโลหะ-อินทรีย์ (MOCVD) เป็นเทคโนโลยีกระแสหลักสำหรับการเจริญเติบโตของฟิล์ม GaN ใน LED สีน้ำเงิน มีข้อดีคือใช้งานง่าย อัตราการเติบโตที่ควบคุมได้ และฟิล์ม GaN ที่มีความบริสุทธิ์สูง ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในห้องปฏิกิริยาของอุปกรณ์ MOCVD ฐานแบริ่งที่ใช้สำหรับการเจริญเติบโตของ epitaxis ของฟิล์ม GaN จำเป็นต้องมีข้อดีของการทนต่ออุณหภูมิสูง การนำความร้อนสม่ำเสมอ ความเสถียรทางเคมีที่ดี ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ฯลฯ วัสดุกราไฟท์สามารถตอบสนอง เงื่อนไขข้างต้น

ในฐานะที่เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของอุปกรณ์ MOCVD ฐานกราไฟท์เป็นตัวพาและตัวทำความร้อนของสารตั้งต้น ซึ่งจะกำหนดความสม่ำเสมอและความบริสุทธิ์ของวัสดุฟิล์มโดยตรง ดังนั้นคุณภาพจึงส่งผลโดยตรงต่อการเตรียมแผ่น epitaxis และในเวลาเดียวกัน เวลาด้วยจำนวนการใช้งานที่เพิ่มขึ้นและสภาพการทำงานที่เปลี่ยนแปลง ทำให้สวมใส่ได้ง่ายมากซึ่งเป็นของวัสดุสิ้นเปลือง

แม้ว่ากราไฟท์จะมีการนำความร้อนและความเสถียรที่ดีเยี่ยม แต่ก็มีข้อได้เปรียบที่ดีในฐานะส่วนประกอบพื้นฐานของอุปกรณ์ MOCVD แต่ในกระบวนการผลิต กราไฟท์จะกัดกร่อนผงเนื่องจากการตกค้างของก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและสารอินทรีย์ของโลหะ และอายุการใช้งานของ ฐานกราไฟท์จะลดลงอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน ผงกราไฟท์ที่ตกลงมาจะทำให้เกิดมลภาวะต่อชิป

การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีการเคลือบสามารถทำให้เกิดการยึดเกาะของผงพื้นผิว เพิ่มการนำความร้อน และกระจายความร้อนให้เท่ากัน ซึ่งกลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการแก้ปัญหานี้ ฐานกราไฟท์ในสภาพแวดล้อมการใช้อุปกรณ์ MOCVD การเคลือบผิวฐานกราไฟท์ควรมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

(1) ฐานกราไฟท์สามารถห่อได้เต็มที่และมีความหนาแน่นดี มิฉะนั้นฐานกราไฟท์จะสึกกร่อนได้ง่ายในก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

(2) ความแข็งแรงรวมกับฐานกราไฟท์สูงเพื่อให้แน่ใจว่าการเคลือบไม่หลุดออกง่ายหลังจากรอบอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำหลายครั้ง

(3) มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดีเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของการเคลือบในอุณหภูมิสูงและบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

SiC มีข้อได้เปรียบในด้านความต้านทานการกัดกร่อน ค่าการนำความร้อนสูง ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความเสถียรทางเคมีสูง และสามารถทำงานได้ดีในบรรยากาศแบบ epitaxis ของ GaN นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของ SiC แตกต่างจากค่าสัมประสิทธิ์ของกราไฟท์เพียงเล็กน้อย ดังนั้น SiC จึงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการเคลือบพื้นผิวของฐานกราไฟท์

ปัจจุบัน SiC ทั่วไปส่วนใหญ่เป็นประเภท 3C, 4H และ 6H และการใช้ SiC ของคริสตัลประเภทต่างๆ นั้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น 4H-SiC สามารถผลิตอุปกรณ์กำลังสูงได้ 6H-SiC มีความเสถียรที่สุดและสามารถผลิตอุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริคได้ เนื่องจากมีโครงสร้างคล้ายกับ GaN จึงสามารถใช้ 3C-SiC เพื่อสร้างชั้น epitaxis ของ GaN และผลิตอุปกรณ์ RF SiC-GaN ได้ 3C-SiC ยังเป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ β-SiC และการใช้งานที่สำคัญของ β-SiC ก็คือเป็นฟิล์มและวัสดุเคลือบ ดังนั้น β-SiC จึงเป็นวัสดุหลักในการเคลือบในปัจจุบัน

วิธีเตรียมการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์

ปัจจุบันวิธีการเตรียมการเคลือบ SiC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีเจลโซล วิธีการฝัง วิธีการเคลือบด้วยแปรง วิธีการพ่นพลาสมา วิธีปฏิกิริยาก๊าซเคมี (CVR) และวิธีการสะสมไอสารเคมี (CVD)

วิธีการฝัง:

วิธีการนี้เป็นการเผาผนึกเฟสของแข็งที่อุณหภูมิสูงซึ่งส่วนใหญ่ใช้ส่วนผสมของผง Si และผง C เป็นผงฝัง วางเมทริกซ์กราไฟท์ไว้ในผงฝังและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงจะดำเนินการในก๊าซเฉื่อย และสุดท้ายก็ได้การเคลือบ SiC บนพื้นผิวของเมทริกซ์กราไฟท์ กระบวนการนี้ง่ายและการผสมผสานระหว่างการเคลือบและพื้นผิวก็ดี แต่ความสม่ำเสมอของการเคลือบตามทิศทางความหนานั้นไม่ดี ซึ่งทำให้ง่ายต่อการสร้างรูมากขึ้นและนำไปสู่ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ไม่ดี

วิธีการเคลือบแปรง:

วิธีการเคลือบแปรงส่วนใหญ่คือการแปรงวัตถุดิบที่เป็นของเหลวบนพื้นผิวของเมทริกซ์กราไฟท์ จากนั้นจึงรักษาวัตถุดิบที่อุณหภูมิที่กำหนดเพื่อเตรียมการเคลือบ กระบวนการนี้ง่ายและต้นทุนต่ำ แต่การเคลือบที่เตรียมโดยวิธีการเคลือบด้วยแปรงนั้นอ่อนแอเมื่อใช้ร่วมกับพื้นผิว ความสม่ำเสมอของการเคลือบไม่ดี การเคลือบบางและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันต่ำ และจำเป็นต้องใช้วิธีการอื่นเพื่อช่วย มัน.

วิธีการพ่นพลาสม่า:

วิธีการพ่นพลาสมาส่วนใหญ่จะพ่นวัตถุดิบที่หลอมละลายหรือกึ่งละลายบนพื้นผิวของเมทริกซ์กราไฟท์ด้วยปืนพลาสมา จากนั้นจึงแข็งตัวและยึดติดเพื่อสร้างสารเคลือบ วิธีนี้ใช้งานง่ายและสามารถเตรียมการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ค่อนข้างหนาแน่นได้ แต่การเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เตรียมโดยวิธีนี้มักจะอ่อนแอเกินไปและทำให้ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันอ่อนแอ ดังนั้นโดยทั่วไปจึงใช้สำหรับการเตรียมการเคลือบคอมโพสิต SiC เพื่อปรับปรุง คุณภาพของการเคลือบ

วิธีเจลโซล:

วิธีการเจลโซลมีจุดประสงค์หลักเพื่อเตรียมสารละลายโซลที่สม่ำเสมอและโปร่งใสซึ่งครอบคลุมพื้นผิวของเมทริกซ์ จากนั้นทำให้แห้งเป็นเจล จากนั้นจึงเผาผนึกเพื่อให้ได้สารเคลือบ วิธีนี้ใช้งานง่ายและต้นทุนต่ำ แต่การเคลือบที่ผลิตขึ้นมีข้อบกพร่องบางประการ เช่น ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่ำและการแตกร้าวง่าย ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายได้

ปฏิกิริยาเคมีก๊าซ (CVR) :

CVR จะสร้างการเคลือบ SiC เป็นหลักโดยใช้ผง Si และ SiO2 เพื่อสร้างไอน้ำ SiO ที่อุณหภูมิสูง และเกิดปฏิกิริยาเคมีต่อเนื่องกันบนพื้นผิวของสารตั้งต้นของวัสดุ C การเคลือบ SiC ที่เตรียมโดยวิธีนี้จะถูกยึดติดอย่างใกล้ชิดกับสารตั้งต้น แต่อุณหภูมิของปฏิกิริยาจะสูงกว่าและต้นทุนก็สูงกว่า

การสะสมไอสารเคมี (CVD) :

ปัจจุบัน CVD เป็นเทคโนโลยีหลักในการเตรียมการเคลือบ SiC บนพื้นผิวของสารตั้งต้น กระบวนการหลักคือชุดของปฏิกิริยาทางกายภาพและเคมีของวัสดุตัวทำปฏิกิริยาที่เป็นเฟสก๊าซบนพื้นผิวของสารตั้งต้น และสุดท้ายคือการเตรียมการเคลือบ SiC โดยการสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้น การเคลือบ SiC ที่เตรียมโดยเทคโนโลยี CVD นั้นถูกยึดติดอย่างใกล้ชิดกับพื้นผิวของสารตั้งต้น ซึ่งสามารถปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เวลาในการสะสมของวิธีนี้จะนานกว่า และก๊าซปฏิกิริยามีพิษบางอย่าง แก๊ส.

สถานการณ์ตลาดของฐานกราไฟท์เคลือบ SiC

เมื่อผู้ผลิตต่างประเทศเริ่มต้นตั้งแต่เนิ่นๆ พวกเขามีความเป็นผู้นำที่ชัดเจนและมีส่วนแบ่งการตลาดสูง ในระดับสากล ซัพพลายเออร์หลักของฐานกราไฟท์เคลือบ SiC ได้แก่ Dutch Xycard, Germany SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, MEMC ของสหรัฐอเมริกา และบริษัทอื่นๆ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วครอบครองตลาดต่างประเทศ แม้ว่าจีนจะบุกเบิกผ่านเทคโนโลยีหลักที่สำคัญในการเติบโตที่สม่ำเสมอของการเคลือบ SiC บนพื้นผิวของเมทริกซ์กราไฟท์ แต่เมทริกซ์กราไฟท์คุณภาพสูงยังคงอาศัย SGL ของเยอรมัน ญี่ปุ่น Toyo Carbon และองค์กรอื่น ๆ เมทริกซ์กราไฟท์ที่จัดทำโดยองค์กรในประเทศส่งผลกระทบต่อบริการ อายุการใช้งานเนื่องจากการนำความร้อน โมดูลัสยืดหยุ่น โมดูลัสแข็ง ข้อบกพร่องของโครงตาข่าย และปัญหาด้านคุณภาพอื่นๆ อุปกรณ์ MOCVD ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการใช้ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของจีนกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปของอัตราการจำกัดอุปกรณ์ epitaxis ของ MOCVD และการขยายการใช้งานกระบวนการอื่น ๆ ตลาดผลิตภัณฑ์ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC ในอนาคตคาดว่าจะเติบโตอย่างรวดเร็ว ตามการประมาณการเบื้องต้นของอุตสาหกรรม ตลาดฐานกราไฟท์ในประเทศจะเกิน 500 ล้านหยวนในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC เป็นองค์ประกอบหลักของอุปกรณ์อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์แบบผสม การเรียนรู้เทคโนโลยีหลักที่สำคัญของการผลิตและการผลิต และการตระหนักถึงการแปลห่วงโซ่อุตสาหกรรมวัตถุดิบ-กระบวนการ-อุปกรณ์ทั้งหมดให้เป็นภาษาท้องถิ่น มีความสำคัญเชิงกลยุทธ์อย่างยิ่งในการรับรองการพัฒนาของ อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของจีน สาขากราไฟท์เคลือบ SiC ในประเทศกำลังเฟื่องฟู และคุณภาพของผลิตภัณฑ์จะสามารถเข้าถึงระดับสูงระดับนานาชาติได้ในไม่ช้า