Що таке графітовий серплетник з покриттям SIC?

Рисунок 1. Графітовий серй

1. Епітаксіальний шар та його обладнання

Під час процесу виробництва вафель нам потрібно надалі побудувати епітаксіальний шар на деяких підкладках вафельних виробів для полегшення виготовлення пристроїв. Епітаксія відноситься до процесу вирощування нового монокристала на монокристалічному підкладці, який ретельно обробляється шляхом різання, шліфування та полірування. Новий монокристал може бути тим самим матеріалом, що і субстрат, або інший матеріал (гомоепітисальний або гетероепітисальний). Оскільки новий монокристалічний шар росте вздовж кристалічної фази субстрату, його називають епітаксіальним шаром, а виробництво пристрою здійснюється на епітаксіальному шарі. 

Наприклад, aЕпітаксіальнийШар готують на кремнієвій підкладці для світлодіодних пристроїв, що випромінюють світло;SIC епітаксіальнийШар вирощується на електропровідній підкладці SIC для побудови SBD, MOSFET та інших пристроїв у електроенергетичних додатках; Епітаксіальний шар GAN побудований на напівізоляційній підкладці SIC для подальшого виготовлення пристроїв, таких як HEMT у радіочастотних програмах, таких як комунікації. Такі параметри, як товщина епітаксіальних матеріалів SIC та концентрація фонового носія, безпосередньо визначають різні електричні властивості пристроїв SIC. У цьому процесі ми не можемо обійтися без обладнання хімічного осадження пари (CVD).

Малюнок 2. Режими росту епітаксіальної плівки

2. Важливість графітового чутливого для SIC в обладнанні CVD

У обладнанні CVD ми не можемо розмістити підкладку безпосередньо на метал або просто на основі для епітаксіального осадження, оскільки вона включає багато факторів, таких як напрямок потоку газу (горизонтальний, вертикальний), температура, тиск, фіксація та забруднення. Тому нам потрібно використовувати сприйнятливого (вафельна носія) розмістити підкладку на лоток і використовувати технологію CVD для виконання епітаксіального осадження. Цей дицептор є графітовим сервісом, що покривається SIC (також називається лоток).

2.1 Застосування графітового серйовика з покриттям SIC в обладнанні MOCVD

Графітовий серйофітор з покриттям SIC відіграє ключову роль уОбладнання металевого органічного хімічного осадження пари (MOCVD)Для підтримки та нагрівання монокристалічних субстратів. Теплова стабільність та теплова рівномірність цього чутливості мають вирішальне значення для якості епітаксіальних матеріалів, тому він розглядається як незамінний ядровий компонент в обладнанні MOCVD. Технологія металевого органічного хімічного осадження (MOCVD) в даний час широко використовується в епітаксіальному зростанні тонких плівок GAN у синіх світлодіодах, оскільки він має переваги простої роботи, контрольованої швидкості росту та високої чистоти.

Як один із основних компонентів обладнання MOCVD, напівпровідниковий графіт Vetek відповідає за підтримку та нагрівання монокристалічних субстратів, що безпосередньо впливає на рівномірність та чистоту тонких плівкових матеріалів, і, таким чином, пов'язане з якості підготовки епітаксіальних вафель. Зі збільшенням кількості застосувань і змінюється робоче середовище, графітовий чуткетник схильний до носіння і тому класифікується як витратний матеріал.

2.2. Характеристики графітового вірусу з покриттям SIC

Для задоволення потреб обладнання MOCVD, покриття, необхідне для графітового чутливості, повинно мати конкретні характеристики для відповідності наступним стандартам:

✔ Гарне покриття: Покриття SIC повинно повністю покрити сприйнятливий і мати високий ступінь щільності, щоб запобігти пошкодженню в корозійному газовому середовищі.

✔ Сила високої зв'язку: Покриття повинно бути міцно пов'язане з сприйнятливим і нелегко відвалитися після декількох високотемпературних та низькотемпературних циклів.

✔ Хороша хімічна стабільність: Покриття повинно мати хорошу хімічну стабільність, щоб уникнути збоїв у високій температурі та корозійних атмосферах.

2.3 Труднощі та проблеми у відповідності графітових та кремнієвих матеріалів

Карбід кремнію (SIC) добре працює в епітаксіальних атмосферах GAN завдяки своїм перевагам, такими як резистентність до корозії, висока теплопровідність, стійкість до термічного удару та хороша хімічна стабільність. Його коефіцієнт теплового розширення схожий на графіт, що робить його кращим матеріалом для графітових чутливих покриттів.

Однак, зрештою,графітікарбід кремніює двома різними матеріалами, і все ще виникнуть ситуації, коли покриття має короткий термін служби, легко відпадати, і збільшує витрати через різні коефіцієнти теплового розширення. 

3. Технологія покриття SIC

3.1. Загальні типи SIC

В даний час загальні типи SIC включають 3C, 4H та 6H, а різні типи SIC підходять для різних цілей. Наприклад, 4H-SIC підходить для виготовлення пристроїв з високою потужністю, 6H-SIC є відносно стабільним і може бути використаний для оптоелектронних пристроїв, а 3C-SIC може бути використаний для підготовки епітаксіальних шарів GAN та виготовлення пристроїв SIC-GAN за рахунок його подібної структури з GAN. 3C-SIC також зазвичай називають β-SIC, який в основному використовується для тонких плівок та покриття. Тому β-SIC в даний час є одним з головних матеріалів для покриттів.

3.2.Кремнієве покриття карбідуМетод підготовки

Існує багато варіантів для приготування кремнієвих карбідних покриттів, включаючи метод гелю-соль, метод розпилення, метод розпилення іонного променя, метод хімічної реакції пари (CVR) та метод хімічного осадження пари (CVD). Серед них метод хімічного осадження пари (CVD) в даний час є основною технологією підготовки покриттів SIC. Цей метод оснащує покриття SIC на поверхні субстрату через реакцію газової фази, яка має переваги тісного зв’язку між покриттям та субстрату, покращуючи стійкість окислення та стійкість до абляції матеріалу субстрату.

Метод високотемпературного спікання, розміщуючи графітову підкладку в вбудовуваному порошку та спікаючи його при високій температурі при інертній атмосфері, нарешті утворює покриття SIC на поверхні підкладки, який називається методом вбудовування. Хоча цей метод простий і покриття щільно пов'язане з підкладкою, рівномірність покриття в напрямку товщини погана, а отвори схильні, що знижує стійкість до окислення.

✔ метод розпиленняпередбачає обприскування рідкої сировини на поверхні графітової підкладки, а потім затвердіє сировину при певній температурі, утворюючи покриття. Незважаючи на те, що цей метод є недорогим, покриття слабо пов'язане з підкладкою, а покриття має погану рівномірність, тонку товщину та низьку стійкість до окислення, і зазвичай вимагає додаткової обробки.

✔ Технологія розпилення іонівВикористовує пістолет іонного променя для розпилення розплавленого або частково розплавленого матеріалу на поверхню графітової підкладки, яка потім затверджує і зв'язує, утворюючи покриття. Хоча операція проста і може створити відносно щільне кремнієве покриття карбіду, покриття легко зламати і має погану стійкість до окислення. Зазвичай він використовується для приготування високоякісних композитних покриттів.

✔ метод Sol-Gel, цей метод передбачає підготовку рівномірного та прозорого розчину SOL, застосування його на поверхню підкладки, а потім висихання та спікання для утворення покриття. Хоча операція проста, а вартість низька, підготовлене покриття має низьку стійкість до теплового удару і схильний до розтріскування, тому його діапазон застосування обмежений.

✔ Хімічна технологія реакційної пари (CVR): CVR використовує порошок SI та SIO2 для отримання пари SIO і утворює SIC покриття хімічною реакцією на поверхні субстрату вуглецевого матеріалу. Хоча можна підготуватися щільно скріплене покриття, потрібна більш висока температура реакції, а вартість висока.

✔ Хімічне осадження пари (CVD): CVD в даний час є найбільш широко використовуваною технологією для підготовки покриттів SIC, а SIC покриття утворюються реакціями газової фази на поверхні підкладки. Покриття, підготовлене цим методом, тісно пов'язане з субстратом, що покращує резистентність до окислення субстрату та резистентність до абляції, але вимагає тривалого часу осадження, а реакційний газ може бути токсичним.

Малюнок 3. Хімічна схема відкладення пари

4. Конкуренція на ринку таЦе напівпровідникТехнологічні інновації

На ринку Graphite Substrate з покриттям SIC іноземні виробники розпочалися раніше, з очевидними провідними перевагами та більшою часткою ринку. У міжнародному масштабі Xycard в Нідерландах, SGL в Німеччині, Toyo Tanso в Японії та MEMC у Сполучених Штатах - основні постачальники, і вони в основному монополізують міжнародний ринок. Однак зараз Китай пробив основну технологію рівномірно зростаючих покриттів SIC на поверхні графітових субстратів, і його якість перевірила вітчизняні та іноземні клієнти. У той же час, він також має певні конкурентні переваги в ціні, що може відповідати вимогам обладнання MOCVD для використання графітових підкладки SIC. 

Ветек напівпровідник займався дослідженнями та розробками в галузіSIC покриттябільше 20 років. Тому ми запустили ту саму технологію буферного шару, що і SGL. Завдяки спеціальній технології обробки, буферний шар може бути доданий між графітом та карбідом кремнію, щоб збільшити термін служби більш ніж у два рази.