Графітові основи з SiC-покриттям зазвичай використовуються для підтримки та нагрівання монокристалічних підкладок у металоорганічному обладнанні для хімічного осадження з парової фази (MOCVD). Термостабільність, теплова однорідність та інші параметри продуктивності графітової основи з SiC-покриттям відіграють вирішальну роль у якості епітаксіального росту матеріалу, тому це основний ключовий компонент обладнання MOCVD.
У процесі виготовлення пластини епітаксіальні шари додатково будуються на деяких підкладках пластин, щоб полегшити виготовлення пристроїв. Типові світлодіодні світловипромінювальні пристрої потребують підготовки епітаксійних шарів GaAs на кремнієвих підкладках; Епітаксіальний шар SiC вирощують на провідній підкладці SiC для створення таких пристроїв, як SBD, MOSFET тощо, для високої напруги, сильного струму та інших енергетичних застосувань; Епітаксійний шар GaN побудований на напівізольованій підкладці з SiC для подальшої побудови HEMT та інших пристроїв для радіочастотних застосувань, таких як зв’язок. Цей процес невіддільний від CVD обладнання.
В обладнанні CVD підкладку не можна помістити безпосередньо на метал або просто помістити на основу для епітаксійного осадження, оскільки це включає потік газу (горизонтальний, вертикальний), температуру, тиск, фіксацію, виділення забруднюючих речовин та інші аспекти фактори впливу. Тому потрібна основа, а потім підкладка поміщається на диск, а потім виконується епітаксіальне осадження на підкладку за допомогою технології CVD, і ця основа є графітовою основою з покриттям SiC (також відома як лоток).
Графітові основи з SiC-покриттям зазвичай використовуються для підтримки та нагрівання монокристалічних підкладок у металоорганічному обладнанні для хімічного осадження з парової фази (MOCVD). Термостабільність, теплова однорідність та інші параметри продуктивності графітової основи з SiC-покриттям відіграють вирішальну роль у якості епітаксіального росту матеріалу, тому це основний ключовий компонент обладнання MOCVD.
Металоорганічне хімічне осадження з парової фази (MOCVD) є основною технологією епітаксійного вирощування плівок GaN у синіх світлодіодах. Він має такі переваги, як проста робота, контрольована швидкість росту та висока чистота плівок GaN. Будучи важливим компонентом реакційної камери обладнання MOCVD, опорна основа, яка використовується для епітаксійного росту плівки GaN, повинна мати такі переваги, як стійкість до високих температур, рівномірна теплопровідність, хороша хімічна стабільність, сильна стійкість до термічного удару тощо. Графітовий матеріал може відповідати вищезазначені умови.
Будучи одним із основних компонентів обладнання MOCVD, графітова основа є носієм і нагрівальним тілом підкладки, що безпосередньо визначає однорідність і чистоту плівкового матеріалу, тому його якість безпосередньо впливає на підготовку епітаксійного листа, і в той же час час, зі збільшенням кількості використань і зміною умов роботи, дуже легко одягається, відноситься до витратних матеріалів.
Хоча графіт має чудову теплопровідність і стабільність, він має добру перевагу як базовий компонент обладнання MOCVD, але в процесі виробництва графіт роз’їдає порошок через залишки корозійних газів і органічних металів, а також термін служби пристрою. графітової основи буде значно зменшено. У той же час графітовий порошок, що падає, призведе до забруднення мікросхеми.
Поява технології покриття може забезпечити поверхневу фіксацію порошку, підвищити теплопровідність і вирівняти розподіл тепла, що стало основною технологією вирішення цієї проблеми. Графітова основа в середовищі використання обладнання MOCVD, поверхневе покриття графіту має відповідати таким характеристикам:
(1) Графітова основа може бути повністю загорнута, і щільність хороша, інакше графітова основа легко піддається корозії в корозійному газі.
(2) Міцність поєднання з графітовою основою є високою, щоб гарантувати, що покриття нелегко відпаде після кількох циклів високої та низької температури.
(3) Він має хорошу хімічну стабільність, щоб уникнути пошкодження покриття при високій температурі та корозійній атмосфері.
SiC має такі переваги, як стійкість до корозії, висока теплопровідність, стійкість до термічного удару та висока хімічна стабільність, і може добре працювати в епітаксіальній атмосфері GaN. Крім того, коефіцієнт теплового розширення SiC дуже мало відрізняється від коефіцієнта графіту, тому SiC є кращим матеріалом для поверхневого покриття графітової основи.
В даний час звичайний SiC - це в основному типи 3C, 4H і 6H, а використання різних типів кристалів SiC різне. Наприклад, 4H-SiC може виготовляти потужні пристрої; 6H-SiC є найбільш стабільним і може виготовляти фотоелектричні пристрої; Завдяки своїй структурі, подібній до GaN, 3C-SiC можна використовувати для виробництва епітаксійного шару GaN і виготовлення радіочастотних пристроїв SiC-GaN. 3C-SiC також широко відомий як β-SiC, і β-SiC важливе використання як плівка та матеріал покриття, тому β-SiC наразі є основним матеріалом для покриття.
Спосіб отримання покриття з карбіду кремнію
В даний час методи підготовки покриття SiC в основному включають метод гель-золя, метод вбудовування, метод покриття пензлем, метод плазмового розпилення, метод хімічної газової реакції (CVR) і метод хімічного осадження з парової фази (CVD).
Спосіб вбудовування:
Цей метод є різновидом високотемпературного твердофазного спікання, при якому в основному використовується суміш порошку Si та порошку C як порошку для вбудовування, графітову матрицю поміщають у порошок для вбудовування, а спікання при високій температурі здійснюється в інертному газі. , і нарешті покриття SiC отримують на поверхні графітової матриці. Процес простий, і поєднання між покриттям і підкладкою хороше, але рівномірність покриття вздовж напрямку товщини погана, що легко створює більше отворів і призводить до поганої стійкості до окислення.
Метод покриття пензлем:
Метод покриття щіткою полягає в основному в натиранні рідкої сировини на поверхні графітової матриці, а потім затвердінні сировини при певній температурі для підготовки покриття. Процес простий і низька вартість, але покриття, отримане методом нанесення щіткою, є слабким у поєднанні з основою, однорідність покриття погана, покриття тонке та стійкість до окислення низька, тому потрібні інші методи, щоб допомогти це.
Метод плазмового напилення:
Метод плазмового розпилення в основному полягає в розпилюванні розплавленої або напіврозплавленої сировини на поверхню графітової матриці за допомогою плазмової гармати, а потім затвердіння та зв’язування з утворенням покриття. Метод простий у експлуатації та може отримати відносно щільне покриття з карбіду кремнію, але покриття з карбіду кремнію, отримане цим методом, часто є занадто слабким і призводить до слабкої стійкості до окислення, тому його зазвичай використовують для приготування композитного покриття SiC для покращення якість покриття.
Гель-золь метод:
Метод гель-золь полягає в основному для приготування рівномірного та прозорого розчину золю, що покриває поверхню матриці, висушування в гель і потім спікання для отримання покриття. Цей метод простий у експлуатації та дешевий, але отримане покриття має деякі недоліки, такі як низька стійкість до термічного удару та легке розтріскування, тому воно не може бути широко використане.
Хімічна газова реакція (CVR):
CVR в основному створює покриття SiC, використовуючи порошок Si та SiO2 для генерації пари SiO при високій температурі, і серія хімічних реакцій відбувається на поверхні підкладки з C-матеріалу. Покриття SiC, отримане цим методом, тісно зв’язане з підкладкою, але температура реакції вища і вартість вища.
Хімічне осадження з парової фази (CVD):
В даний час CVD є основною технологією для отримання покриття SiC на поверхні підкладки. Основним процесом є серія фізичних і хімічних реакцій газофазного реагенту на поверхні підкладки, і, нарешті, покриття SiC готується шляхом осадження на поверхні підкладки. Покриття SiC, виготовлене за технологією CVD, тісно зв’язане з поверхнею підкладки, що може ефективно покращити стійкість до окислення та абляційну стійкість матеріалу підкладки, але час осадження цього методу довший, а реакційний газ має певну токсичність газ.
Ситуація на ринку графітової основи з покриттям SiC
Коли іноземні виробники почали рано, вони мали явне лідерство та високу частку ринку. На міжнародному рівні основними постачальниками графітової основи з покриттям SiC є голландська Xycard, німецька SGL Carbon (SGL), японська Toyo Carbon, американська MEMC та інші компанії, які в основному займають міжнародний ринок. Незважаючи на те, що Китай прорвав ключову основну технологію рівномірного зростання покриття SiC на поверхні графітової матриці, високоякісна графітова матриця все ще покладається на німецьку SGL, Japan Toyo Carbon та інші підприємства, графітова матриця, що надається вітчизняними підприємствами, впливає на обслуговування термін служби через теплопровідність, модуль пружності, модуль жорсткості, дефекти решітки та інші проблеми якості. Обладнання MOCVD не може відповідати вимогам використання графітової основи з покриттям SiC.
Напівпровідникова промисловість Китаю швидко розвивається, з поступовим збільшенням рівня локалізації епітаксійного обладнання MOCVD та розширенням інших технологічних застосувань, очікується, що майбутній ринок графітової основи з покриттям SiC швидко зростатиме. Згідно з попередніми оцінками галузі, внутрішній ринок графітової основи перевищить 500 мільйонів юанів у найближчі кілька років.
Графітова основа з покриттям SiC є основним компонентом обладнання для індустріалізації складних напівпровідників, оволодіння ключовою основною технологією його виробництва та виготовлення, а також реалізація локалізації всього промислового ланцюга сировина-процес-обладнання має велике стратегічне значення для забезпечення розвитку Напівпровідникова промисловість Китаю. Поле вітчизняної графітової основи з покриттям SiC процвітає, і якість продукції незабаром може досягти міжнародного високого рівня.
Час публікації: 24 липня 2023 р