ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ - ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC

ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC มักใช้เพื่อรองรับและให้ความร้อนแก่ซับสเตรตผลึกเดี่ยวในอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์และโลหะ (MOCVD) ความเสถียรทางความร้อน ความสม่ำเสมอทางความร้อน และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพอื่นๆ ของฐานกราไฟท์ที่เคลือบ SiC มีบทบาทสำคัญในคุณภาพของการเติบโตของวัสดุอีปิแอกเชียล 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 ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ฐาน จากนั้นวางซับสเตรตลงบนแผ่นดิสก์ จากนั้นใช้เทคโนโลยี CVD ในการสะสมอีพิแทกเซียลบนซับสเตรต ซึ่งเป็นฐานกราไฟท์ที่เคลือบ SiC (หรือที่เรียกว่าถาด)

ฐานกราไฟท์เคลือบ SiC มักใช้เพื่อรองรับและให้ความร้อนแก่ซับสเตรตผลึกเดี่ยวในอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์และโลหะ (MOCVD) ความเสถียรทางความร้อน ความสม่ำเสมอทางความร้อน และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพอื่นๆ ของฐานกราไฟท์ที่เคลือบ SiC มีบทบาทสำคัญในคุณภาพของการเติบโตของวัสดุอีปิแอกเชียล 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 สำหรับคริสตัลประเภทต่างๆ นั้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น 4H-SiC สามารถผลิตอุปกรณ์กำลังสูงได้ 6H-SiC มีความเสถียรที่สุดและสามารถผลิตอุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริคได้ เนื่องจากโครงสร้างคล้ายกับ 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