Bộ phận bán dẫn – Đế than chì phủ SiC

Đế than chì được phủ SiC thường được sử dụng để hỗ trợ và làm nóng các chất nền đơn tinh thể trong thiết bị lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD). Độ ổn định nhiệt, độ đồng đều nhiệt và các thông số hiệu suất khác của đế than chì phủ SiC đóng vai trò quyết định đến chất lượng tăng trưởng vật liệu epiticular, vì vậy nó là thành phần cốt lõi của thiết bị MOCVD.

Trong quá trình sản xuất tấm bán dẫn, các lớp epiticular được chế tạo thêm trên một số chất nền tấm bán dẫn để tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất thiết bị. Các thiết bị phát sáng LED thông thường cần chuẩn bị các lớp GaA epitaxy trên đế silicon; Lớp epiticular SiC được phát triển trên đế SiC dẫn điện để chế tạo các thiết bị như SBD, MOSFET, v.v., cho các ứng dụng điện áp cao, dòng điện cao và các ứng dụng năng lượng khác; Lớp epiticular GaN được xây dựng trên đế SiC bán cách điện để tiếp tục xây dựng HEMT và các thiết bị khác cho các ứng dụng RF như truyền thông. Quá trình này không thể tách rời khỏi thiết bị CVD.

Trong thiết bị CVD, chất nền không thể được đặt trực tiếp lên kim loại hoặc chỉ đơn giản được đặt trên đế để lắng đọng epiticular, vì nó liên quan đến dòng khí (ngang, dọc), nhiệt độ, áp suất, sự cố định, loại bỏ chất ô nhiễm và các khía cạnh khác của các yếu tố ảnh hưởng. Do đó, cần có một đế, sau đó chất nền được đặt trên đĩa, sau đó quá trình lắng đọng epiticular được thực hiện trên đế bằng công nghệ CVD, và đế này là đế than chì được phủ SiC (còn gọi là khay).

Đế than chì được phủ SiC thường được sử dụng để hỗ trợ và làm nóng các chất nền đơn tinh thể trong thiết bị lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD). Độ ổn định nhiệt, độ đồng đều nhiệt và các thông số hiệu suất khác của đế than chì phủ SiC đóng vai trò quyết định đến chất lượng tăng trưởng vật liệu epiticular, vì vậy nó là thành phần cốt lõi của thiết bị MOCVD.

Lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD) là công nghệ chủ đạo cho sự phát triển epiticular của màng GaN trong đèn LED màu xanh lam. Nó có ưu điểm là vận hành đơn giản, tốc độ tăng trưởng có thể kiểm soát và độ tinh khiết cao của màng GaN. Là thành phần quan trọng trong buồng phản ứng của thiết bị MOCVD, đế chịu lực dùng cho tăng trưởng epiticular màng GaN cần phải có ưu điểm là chịu nhiệt độ cao, dẫn nhiệt đồng đều, ổn định hóa học tốt, chống sốc nhiệt mạnh, v.v. Chất liệu than chì có thể đáp ứng được các điều kiện trên.

Là một trong những thành phần cốt lõi của thiết bị MOCVD, đế than chì là chất mang và bộ phận gia nhiệt của chất nền, quyết định trực tiếp đến tính đồng nhất và độ tinh khiết của vật liệu màng, do đó chất lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình chuẩn bị tấm epitaxy, đồng thời Theo thời gian, với sự gia tăng số lượng sử dụng và sự thay đổi của điều kiện làm việc, nó rất dễ mặc, thuộc về hàng tiêu dùng.

Mặc dù than chì có tính dẫn nhiệt và ổn định tuyệt vời, nhưng nó có ưu điểm là thành phần cơ bản của thiết bị MOCVD, nhưng trong quá trình sản xuất, than chì sẽ ăn mòn bột do cặn khí ăn mòn và chất hữu cơ kim loại cũng như tuổi thọ của cơ sở than chì sẽ bị giảm đi rất nhiều. Đồng thời, bột than chì rơi xuống sẽ gây ô nhiễm cho chip.

Sự xuất hiện của công nghệ phủ có thể giúp cố định bột bề mặt, tăng cường độ dẫn nhiệt và cân bằng phân bổ nhiệt, đây đã trở thành công nghệ chính để giải quyết vấn đề này. Đế than chì trong môi trường sử dụng thiết bị MOCVD, lớp phủ bề mặt đế than chì phải đáp ứng các đặc điểm sau:

(1) Đế than chì có thể được bọc hoàn toàn và mật độ tốt, nếu không thì đế than chì rất dễ bị ăn mòn trong khí ăn mòn.

(2) Độ bền kết hợp với đế than chì cao để đảm bảo lớp phủ không dễ bị bong ra sau nhiều chu kỳ nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp.

(3) Nó có độ ổn định hóa học tốt để tránh hư hỏng lớp phủ ở nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn.

SiC có ưu điểm là chống ăn mòn, dẫn nhiệt cao, chống sốc nhiệt và ổn định hóa học cao và có thể hoạt động tốt trong môi trường epiticular GaN. Ngoài ra, hệ số giãn nở nhiệt của SiC khác rất ít so với than chì, vì vậy SiC là vật liệu được ưa chuộng để phủ bề mặt nền than chì.

Hiện nay, SiC phổ biến chủ yếu là loại 3C, 4H và 6H, và việc sử dụng SiC của các loại tinh thể khác nhau là khác nhau. Ví dụ, 4H-SiC có thể sản xuất các thiết bị có công suất cao; 6H-SiC ổn định nhất và có thể chế tạo các thiết bị quang điện; Do có cấu trúc tương tự GaN nên 3C-SiC có thể được sử dụng để sản xuất lớp epiticular GaN và sản xuất các thiết bị SiC-GaN RF. 3C-SiC còn được gọi phổ biến là β-SiC và công dụng quan trọng của β-SiC là làm màng và vật liệu phủ, vì vậy β-SiC hiện là vật liệu chính để phủ.

Phương pháp chuẩn bị lớp phủ silicon cacbua

Hiện nay, các phương pháp chuẩn bị lớp phủ SiC chủ yếu bao gồm phương pháp gel-sol, phương pháp nhúng, phương pháp phủ chổi, phương pháp phun plasma, phương pháp phản ứng khí hóa học (CVR) và phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD).

Phương pháp nhúng:

Phương pháp này là một loại thiêu kết pha rắn ở nhiệt độ cao, chủ yếu sử dụng hỗn hợp bột Si và bột C làm bột nhúng, ma trận than chì được đặt trong bột nhúng và quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao được thực hiện trong khí trơ , và cuối cùng thu được lớp phủ SiC trên bề mặt của nền than chì. Quá trình này đơn giản và sự kết hợp giữa lớp phủ và chất nền tốt, nhưng độ đồng đều của lớp phủ dọc theo chiều dày kém, dễ tạo ra nhiều lỗ hơn và dẫn đến khả năng chống oxy hóa kém.

Phương pháp phủ cọ:

Phương pháp phủ cọ chủ yếu là quét nguyên liệu thô lỏng lên bề mặt của ma trận than chì, sau đó xử lý nguyên liệu thô ở nhiệt độ nhất định để chuẩn bị lớp phủ. Quá trình này đơn giản và chi phí thấp, nhưng lớp phủ được chuẩn bị bằng phương pháp phủ cọ yếu khi kết hợp với chất nền, độ đồng đều của lớp phủ kém, lớp phủ mỏng và khả năng chống oxy hóa thấp và cần có các phương pháp khác để hỗ trợ. Nó.

Phương pháp phun plasma:

Phương pháp phun plasma chủ yếu là phun các nguyên liệu thô nóng chảy hoặc bán nóng chảy lên bề mặt ma trận than chì bằng súng plasma, sau đó đông đặc và liên kết để tạo thành một lớp phủ. Phương pháp này vận hành đơn giản và có thể chuẩn bị lớp phủ cacbua silic tương đối dày đặc, nhưng lớp phủ cacbua silic được điều chế bằng phương pháp này thường quá yếu và dẫn đến khả năng chống oxy hóa yếu, do đó nó thường được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ composite SiC để cải thiện chất lượng của lớp phủ.

Phương pháp gel-sol:

Phương pháp gel-sol chủ yếu là chuẩn bị dung dịch sol đồng nhất và trong suốt bao phủ bề mặt của ma trận, sấy khô thành gel và sau đó thiêu kết để thu được lớp phủ. Phương pháp này vận hành đơn giản, chi phí thấp nhưng lớp phủ được tạo ra có một số nhược điểm như khả năng chống sốc nhiệt thấp, dễ nứt nên không thể sử dụng rộng rãi.

Phản ứng khí hóa học (CVR):

CVR chủ yếu tạo ra lớp phủ SiC bằng cách sử dụng bột Si và SiO2 để tạo ra hơi SiO ở nhiệt độ cao và một loạt phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt chất nền vật liệu C. Lớp phủ SiC được điều chế bằng phương pháp này liên kết chặt chẽ với chất nền nhưng nhiệt độ phản ứng cao hơn và giá thành cũng cao hơn.

Lắng đọng hơi hóa học (CVD):

Hiện nay, CVD là công nghệ chính để chuẩn bị lớp phủ SiC trên bề mặt nền. Quá trình chính là một loạt các phản ứng vật lý và hóa học của vật liệu phản ứng pha khí trên bề mặt chất nền, và cuối cùng lớp phủ SiC được chuẩn bị bằng cách lắng đọng trên bề mặt chất nền. Lớp phủ SiC được điều chế bằng công nghệ CVD liên kết chặt chẽ với bề mặt chất nền, có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống oxy hóa và khả năng chống mài mòn của vật liệu nền, nhưng thời gian lắng của phương pháp này dài hơn và khí phản ứng có độc tính nhất định. khí.

Tình hình thị trường của nền than chì phủ SiC

Khi các nhà sản xuất nước ngoài bắt đầu sớm, họ đã có vị trí dẫn đầu rõ ràng và thị phần cao. Trên bình diện quốc tế, các nhà cung cấp chính của đế than chì phủ SiC là Xycard của Hà Lan, SGL Carbon (SGL) của Đức, Toyo Carbon của Nhật Bản, MEMC của Hoa Kỳ và các công ty khác, về cơ bản chiếm lĩnh thị trường quốc tế. Mặc dù Trung Quốc đã vượt qua công nghệ cốt lõi quan trọng là tăng trưởng đồng đều lớp phủ SiC trên bề mặt ma trận than chì, ma trận than chì chất lượng cao vẫn dựa vào SGL của Đức, Toyo Carbon Nhật Bản và các doanh nghiệp khác, ma trận than chì do các doanh nghiệp trong nước cung cấp ảnh hưởng đến dịch vụ tuổi thọ do tính dẫn nhiệt, mô đun đàn hồi, mô đun cứng, khuyết tật mạng và các vấn đề chất lượng khác. Thiết bị MOCVD không thể đáp ứng yêu cầu sử dụng đế than chì phủ SiC.

Ngành công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc đang phát triển nhanh chóng, với tốc độ nội địa hóa thiết bị epiticular MOCVD tăng dần và mở rộng các ứng dụng quy trình khác, thị trường sản phẩm cơ sở than chì phủ SiC trong tương lai dự kiến ​​sẽ tăng nhanh. Theo ước tính sơ bộ của ngành, thị trường than chì trong nước sẽ vượt quá 500 triệu nhân dân tệ trong vài năm tới.

Đế than chì phủ SiC là thành phần cốt lõi của thiết bị công nghiệp hóa bán dẫn hỗn hợp, làm chủ công nghệ cốt lõi quan trọng trong sản xuất và chế tạo, đồng thời nhận ra việc nội địa hóa toàn bộ chuỗi công nghiệp nguyên liệu-quy trình-thiết bị có ý nghĩa chiến lược to lớn để đảm bảo sự phát triển của Ngành công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc. Lĩnh vực than chì phủ SiC trong nước đang bùng nổ và chất lượng sản phẩm có thể sớm đạt đến trình độ tiên tiến quốc tế.