Матеріал епітаксії карбіду кремнію

Карбід кремнію з хімічною формулою SIC - це складний напівпровідниковий матеріал, утворений сильними ковалентними зв’язками між кремнієвими (СІ) та вуглецевими (С) елементами. Завдяки чудовій фізичній та хімічній властивості, він відіграє все більш важливу роль у багатьох промислових галузях, особливо в вимогливому процесі виготовлення напівпровідників.

Ⅰ. Основні фізичні властивості карбіду кремнію (sic)

Розуміння фізичних властивостей SIC є основою для розуміння його значення застосування:

1) Висока твердість:

Твердість MOHS SIC становить близько 9-9,5, поступаючись лише алмазу. Це означає, що він має відмінну опір зносу та подряпин.

Значення застосування: У напівпровідниковій обробці це означає, що частини, виготовлені з SIC (наприклад, робототехнічні руки, штрихи, шліфувальні диски) мають довше життя, зменшують генерацію частинок, спричинені зносом, і, таким чином, покращують чистоту та стабільність процесу.

2) Відмінні теплові властивості:

● Висока теплопровідність: 

Теплопровідність SIC значно вища, ніж у традиційних кремнієвих матеріалів та багатьох металів (до 300–490 Вт/(малася К) при кімнатній температурі, залежно від його кристалічної форми та чистоти).

Значення застосування: воно може швидко та ефективно розсіювати тепло. Це важливо для розсіювання тепла високопотужних напівпровідникових пристроїв, які можуть запобігти перегріву та відмові пристрою та підвищити надійність та продуктивність пристрою. У технологічному обладнанні, наприклад, обігрівачі або охолоджувальних табличках, висока теплопровідність забезпечує рівномірність температури та швидку реакцію.

● Низький коефіцієнт теплового розширення: SIC має невелику розмірну зміну в широкому діапазоні температури.

Значення застосування: У напівпровідникових процесах, які відчувають різкі зміни температури (наприклад, швидкий тепловий відпал), частини SIC можуть підтримувати свою форму та розмірність розмірів, зменшити напругу та деформацію, спричинені тепловою невідповідністю, та забезпечити точність обробки та вихід пристрою.

● Відмінна термічна стабільність: SIC може підтримувати свою структуру та стабільність продуктивності при високих температурах і може протистояти температурі до 1600 ∘C або навіть вище в інертній атмосфері.

Значення застосування: підходить для високотемпературних процесів, таких як епітаксіальний ріст, окислення, дифузія тощо, і нелегко розкладатися або реагувати з іншими речовинами.

● Хороша стійкість до теплового удару: здатний витримувати швидкі зміни температури без розтріскування або пошкодження.

Значення застосування: Компоненти SIC є більш міцними в етапах процесу, які потребують швидкого підвищення та падіння температури.

3） Вищі електричні властивості (особливо для напівпровідникових пристроїв):

● Широка смуга: пропуск SIC приблизно втричі перевищує кремнію (SI) (наприклад, 4H-SIC становить приблизно 3,26EV, а SI-приблизно 1,12EV).

Значення програми:

Висока робоча температура: Широка смуга робить внутрішню концентрацію пристроїв SIC все ще дуже низькою при високій температурі, тому вона може працювати при температурі набагато вищої, ніж кремнієві пристрої (до 300 ° C або більше).

Електричне поле з високим поломкою: Сила електричного поля SIC майже в 10 разів перевищує силікону. Це означає, що на тому ж рівні опору напруги пристрої SIC можуть бути тоншими, а опір області дрейфу менший, тим самим зменшуючи втрати провідності.

Сильна радіаційна стійкість: Широка смуга також дозволяє мати кращу радіаційну стійкість і підходить для спеціальних середовищ, таких як аерокосмічна територія.

● Швидкість дрейфу електронного дрейфу високої насичення: Швидкість дрейфу насичення SIC вдвічі перевищує кремнію.

Значення програми: Це дозволяє пристроям SIC працювати на більш високих частотах комутації, що сприятливо для зменшення об'єму та ваги пасивних компонентів, таких як індуктори та конденсатори в системі та покращення щільності потужності системи.

4） Відмінна хімічна стабільність:

SIC має сильну корозійну стійкість і не реагує з більшістю кислот, основ або розплавлених солей при кімнатній температурі. Він реагує з певними сильними окислювачами або розплавленими основами лише при високих температурах.

Значення застосування: У процесах, що включають корозійні хімічні речовини, такі як напівпровідникові мокрі травлення та очищення, компоненти SIC (такі як човни, труби та форсунки) мають більш тривалий термін служби та менший ризик забруднення. У таких сухих процесах, як травлення плазми, його толерантність до плазми також краща, ніж багато традиційних матеріалів.

5）Висока чистота (висока чистота досягнута):

SIC-матеріали з високою чистотою можна підготувати за допомогою таких методів, як хімічне осадження пари (ССЗ).

Значення користувача: У виробництві напівпровідників чистота матеріалу є критичною, і будь -які домішки можуть впливати на продуктивність та врожайність пристрою. Компоненти SIC з високою чистотою мінімізують забруднення кремнієвих вафель або процесів процесів.

Ⅱ. Застосування карбіду кремнію (sic) як епітаксіальний субстрат

СІК-кристалічні платоспроможності є ключовими матеріалами підкладки для виготовлення високоефективних пристроїв SIC (таких як MOSFET, JFET, SBDS) та пристрої RF/Power Nitride (GAN).

Конкретні сценарії додатків та використовують:

1) Епітаксія SIC-ON-SIC:

Використання: На монокристалічному субстраті SIC SIC епітаксіальний шар SIC з специфічним допінгом та товщиною вирощується хімічною епітаксією пари (CVD) для побудови активної області пристроїв SIC.

Значення застосування: Відмінна теплопровідність підкладки SIC допомагає пристрою розсіювати тепло, а широкі характеристики смуги дозволяють пристрою витримувати високу напругу, високу температуру та високу частоту. Це змушує пристрої SIC Power добре працювати в нових енергетичних транспортних засобах (електричний контроль, палі зарядки), фотоелектричні інвертори, промислові двигуни, розумні сітки та інші галузі, значно підвищуючи ефективність системи та зменшення розміру та ваги обладнання.

2) Епітаксія GAN-ON-SIC:

Використання: SIC субстрати ідеально підходять для вирощування високоякісних епітаксіальних шарів GAN (особливо для високочастотних, високопотужних РФ, таких як HEMTS) через їх добру решітку, що відповідає GAN (порівняно з сапфіром та кремнієм) та надзвичайно високою теплопровідністю.

Значення застосування: SIC субстрати можуть ефективно проводити велику кількість тепла, що утворюється пристроями GAN під час роботи, щоб забезпечити надійність та продуктивність пристроїв. Це змушує пристрої GAN-ON-SIC мають незамінні переваги на 5G-базових станціях зв'язку, радіолокаційних системах, електронних контрзаходах та інших галузях.

Ⅲ. Застосування карбіду кремнію (sic) як покриття

Покриття SIC зазвичай осаджуються на поверхні субстратів, таких як графіт, кераміка або метали методом CVD, щоб надати субстратів SIC відмінні властивості.

Конкретні сценарії додатків та використовують:

1) Компоненти обладнання для травлення плазми:

Приклади компонентів: душові головки, камерні вкладиші, поверхні ESC, фокусні кілець, вітрини травлення.

Використання: У плазмовому середовищі ці компоненти обстрілюються високоенергетичними іонами та корозійними газами. SIC покриття захищають ці критичні компоненти від пошкодження з високою твердістю, високою хімічною стійкістю та стійкістю до ерозії плазми.

Значення застосування: продовження терміну експлуатації компонентів, зменшення частинок, що генеруються за допомогою ерозії компонентів, покращують стабільність та повторюваність процесу, зменшують витрати на обслуговування та простої та забезпечують чистоту обробки вафель.

2) Компоненти обладнання для епітаксіального росту:

Приклади компонентів: чутки/вафельні носії, елементи нагрівача.

Використання: У високотемпературних, епітаксіальних середовищах росту з високою чистотою SIC (зазвичай SIC з високою чистотою) можуть забезпечити відмінну високотемпературну стабільність та хімічну інертність для запобігання реакції з технологічними газами або вивільненням домішок.

Значення застосування: забезпечити якість та чистоту епітаксіального шару, покращити рівномірність температури та точність контролю.

3) Інші компоненти технологічного обладнання:

Приклади компонентів: графітові диски обладнання MOCVD, човни з покриттям SIC (човни для дифузії/окислення).

Використання: Забезпечте стійкі до корозії, високотемпературні стійкі, поверхні з високою чистотою.

Значення додатків: Поліпшення надійності процесу та термін експлуатації компонентів.

Ⅳ. Застосування карбіду кремнію (sic) як інших конкретних компонентів продукту (інші конкретні компоненти продукту)

Окрім того, що є підкладкою та покриттям, сам SIC також безпосередньо переробляється в різні точні компоненти завдяки чудовій комплексній продуктивності.

Конкретні сценарії додатків та використовують:

1) компоненти обробки та передачі вафель:

Приклади компонентів: ефектори кінцевих роботів, вакуумні залози, краю, підйомні шпильки.

Використання: Ці компоненти потребують високої жорсткості, високої стійкості до зносу, низького теплового розширення та високої чистоти, щоб переконатися, що не генеруються частинки, не подряпин пластини та відсутність деформації через зміни температури при транспортуванні вафель з високою швидкістю та високою точністю.

Значення застосування: Поліпшення надійності та чистоти передачі вафель, зменшити пошкодження вафель та забезпечити стабільну роботу автоматизованих виробничих ліній.

2) Структурні деталі високотемпературного технологічного обладнання:

Приклади компонентів: трубки для дифузії/окислення, човни/консолі, захисні трубки термопари, форсунки.

Застосування: Використовуйте високу температуру SIC, стійкість до теплового удару, хімічну інертність та низькі характеристики забруднення.

Значення застосування: Забезпечте стабільне технологічне середовище в окисленні високої температури, дифузії, відпалу та інших процесах, тривалості обладнання та зменшення обслуговування.

3) Точні керамічні компоненти:

Приклади компонентів: підшипники, ущільнювачі, путівники, плескання пластин.

Застосування: Використовуйте високу твердість, стійкість до зносу, стійкість до корозії та стабільність розміру.

Значення застосування: Відмінна продуктивність у деяких механічних компонентах, які потребують високої точності, довгого життя та стійкості до суворих середовищ, таких як деякі компоненти, що використовуються в обладнанні CMP (хімічне механічне полірування).

4) Оптичні компоненти:

Приклади компонентів: Дзеркала для оптики УФ/рентгенівської промені, оптичні вікна.

Використання: Висока жорсткість SIC, низьке теплове розширення, висока теплопровідність та полірування роблять його ідеальним матеріалом для виготовлення масштабних дзеркал високої стабільності (особливо в космічних телескопах або джерелах синхротронного випромінювання).

Значення додатків: забезпечує відмінні оптичні показники та розмірність розмірів у екстремальних умовах.