حساس گرافیت با پوشش SIC چیست؟

شکل 1. حساس گرافیت با روکش پوشیده شده

1بشر لایه epitaxial و تجهیزات آن

در طی فرآیند تولید ویفر ، برای تسهیل در ساخت دستگاه ها ، باید یک لایه اپیتاکسیال را روی برخی از بسترهای ویفر بسازیم. Epitaxy به فرآیند رشد یک کریستال تک تک بر روی یک بستر کریستالی منفرد اشاره دارد که با برش ، سنگ زنی و پولیش با دقت پردازش شده است. کریستال تک جدید می تواند همان ماده ای با بستر یا یک ماده متفاوت (homoepitaxial یا heteroepitaxial) باشد. از آنجا که لایه کریستال تک تک در امتداد فاز کریستال بستر رشد می کند ، به آن یک لایه اپیتاکسیال گفته می شود و ساخت دستگاه بر روی لایه اپیتاکسیال انجام می شود. 

به عنوان مثال ، الفGAAS EPITAXIALلایه بر روی یک بستر سیلیکون برای دستگاه های تابش نور LED تهیه شده است. بوهااپیلاکسیالبرای ساخت SBD ، MOSFET و سایر دستگاه ها در برنامه های برق ، لایه بر روی یک بستر SIC رسانا رشد می کند. یک لایه اپیتاکسیال GAN بر روی یک بستر SIC نیمه اوج برای تولید بیشتر دستگاه هایی مانند HEMT در برنامه های فرکانس رادیویی مانند ارتباطات ساخته شده است. پارامترهایی از قبیل ضخامت مواد اپیتاکسیال SIC و غلظت حامل پس زمینه به طور مستقیم خصوصیات الکتریکی مختلف دستگاه های SIC را تعیین می کند. در این فرایند ، ما نمی توانیم بدون تجهیزات رسوب بخار شیمیایی (CVD) انجام دهیم.

شکل 2. حالت های رشد فیلم epitaxial

2. اهمیت حساس گرافیت با پوشش SIC در تجهیزات CVD

در تجهیزات CVD ، ما نمی توانیم بستر را مستقیماً روی فلز یا به سادگی روی پایه برای رسوب اپی توپ قرار دهیم ، زیرا این عوامل بسیاری از قبیل جهت جریان گاز (افقی ، عمودی) ، دما ، فشار ، تثبیت و آلاینده ها را شامل می شود. بنابراین ، ما باید از یک حساس استفاده کنیم (حامل ویفر) برای قرار دادن بستر روی یک سینی و استفاده از فناوری CVD برای انجام رسوب اپی کلیسای بر روی آن. این حساس کننده حساس گرافیت با روکش SIC است (که به آن سینی نیز گفته می شود).

2.1 کاربرد حساس گرافیت با پوشش SIC در تجهیزات MOCVD

حساس گرافیت با روکش SIC نقش مهمی در بازی داردتجهیزات بخار شیمیایی آلی فلزی (MOCVD) تجهیزاتبرای پشتیبانی و گرم کردن بسترهای کریستالی تک. پایداری حرارتی و یکنواختی حرارتی این حساس برای کیفیت مواد اپیتاکسیال بسیار مهم است ، بنابراین به عنوان یک مؤلفه اصلی ضروری در تجهیزات MOCVD در نظر گرفته می شود. رسوب بخار شیمیایی آلی فلزی (MOCVD) در حال حاضر به طور گسترده ای در رشد اپیتاکسی فیلم های نازک GAN در LED های آبی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا مزایای عملکرد ساده ، نرخ رشد قابل کنترل و خلوص بالا را دارد.

به عنوان یکی از مؤلفه های اصلی در تجهیزات MOCVD ، Vetek Semiconductor Graphite Susticor مسئول پشتیبانی و گرم کردن بسترهای کریستالی تک است که به طور مستقیم بر یکنواختی و خلوص مواد فیلم نازک تأثیر می گذارد ، و بنابراین مربوط به کیفیت آماده سازی ویفرهای اپی توپ است. با افزایش تعداد کاربردها و تغییر محیط کار ، حساس گرافیت مستعد پوشیدن است و بنابراین به عنوان یک مصرفی طبقه بندی می شود.

2.2 خصوصیات حساس گرافیت روکش شده SIC

برای پاسخگویی به نیازهای تجهیزات MOCVD ، پوشش مورد نیاز برای حساس گرافیت باید از ویژگی های خاصی برای رعایت استانداردهای زیر برخوردار باشد:

✔ پوشش خوب: پوشش SIC باید به طور کامل حساسیت را پوشش داده و از چگالی بالایی برخوردار باشد تا از آسیب در یک محیط گاز خورنده جلوگیری کند.

strow قدرت پیوند زیاد: روکش باید به طور محکم به حساس وصل شود و پس از چندین چرخه درجه حرارت بالا و درجه حرارت پایین ، آسان نیست.

stability ثبات شیمیایی خوب: پوشش باید از ثبات شیمیایی خوبی برای جلوگیری از خرابی در دمای بالا و جوهای خورنده برخوردار باشد.

2.3 مشکل و چالش در تطبیق مواد گرافیت و کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون (SIC) به دلیل مزایای آن مانند مقاومت در برابر خوردگی ، هدایت حرارتی بالا ، مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری شیمیایی خوب ، در جوهای اپیتاکسیال GAN عملکرد خوبی دارد. ضریب انبساط حرارتی آن شبیه به گرافیت است و آن را به عنوان ماده ترجیحی برای پوشش های حساس گرافیت تبدیل می کند.

با این حال ، پس از همه ،گرافیتوتکاربید سیلیکوندو ماده مختلف هستند و هنوز موقعیت هایی وجود خواهد داشت که پوشش آن دارای عمر خدمات کوتاه باشد ، به راحتی از بین می رود و هزینه های آن به دلیل ضرایب مختلف انبساط حرارتی افزایش می یابد. 

3بشر فناوری پوشش SIC

3.1 انواع مشترک sic

در حال حاضر ، انواع متداول SIC شامل 3C ، 4H و 6H و انواع مختلف SIC برای اهداف مختلف مناسب است. به عنوان مثال ، 4H-SIC برای ساخت دستگاه های پر قدرت مناسب است ، 6H-SIC نسبتاً پایدار است و می تواند برای دستگاه های نوری استفاده شود و از 3C-SIC می توان برای تهیه لایه های اپیتاکسیال GAN و ساخت دستگاه های RF SIC-GAN به دلیل ساختار مشابه آن با GAN استفاده کرد. 3C-SIC همچنین معمولاً به عنوان β-SIC گفته می شود ، که عمدتا برای فیلم های نازک و مواد پوشش استفاده می شود. بنابراین ، β-SIC در حال حاضر یکی از مواد اصلی پوشش است.

3.2پوشش کاربید سیلیکونروش آماده سازی

گزینه های بسیاری برای تهیه پوشش های کاربید سیلیکون ، از جمله روش ژل SOL ، روش پاشش ، روش پاشش پرتو یون ، روش واکنش بخار شیمیایی (CVR) و روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) وجود دارد. در میان آنها ، روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) در حال حاضر فناوری اصلی برای تهیه پوشش های SIC است. این روش پوشش های SIC را بر روی سطح بستر از طریق واکنش فاز گاز ، که مزایای پیوند نزدیک بین پوشش و بستر را دارد ، سپرده می کند و مقاومت اکسیداسیون و مقاومت به فرسایش ماده بستر را بهبود می بخشد.

روش پخت و پز درجه حرارت بالا ، با قرار دادن بستر گرافیت در پودر تعبیه شده و پخت و پز آن در دمای بالا در زیر یک فضای بی اثر ، سرانجام یک پوشش SIC را روی سطح بستر تشکیل می دهد که به آن روش تعبیه گفته می شود. اگرچه این روش ساده است و پوشش به شدت به بستر متصل می شود ، یکنواختی پوشش در جهت ضخامت ضعیف است و سوراخ ها مستعد ظاهر می شوند که باعث کاهش مقاومت اکسیداسیون می شود.

✔ روش پاشششامل پاشیدن مواد اولیه مایع روی سطح بستر گرافیت و سپس جامد کردن مواد اولیه در دمای خاص برای تشکیل یک پوشش است. اگرچه این روش کم هزینه است ، پوشش ضعیف به بستر متصل می شود ، و پوشش دارای یکنواختی ضعیف ، ضخامت نازک و مقاومت در برابر اکسیداسیون ضعیف است و معمولاً نیاز به درمان اضافی دارد.

✔ فناوری پاشش پرتو یوناز یک اسلحه پرتو یونی برای اسپری مواد مذاب یا جزئی مذاب بر روی سطح یک بستر گرافیتی استفاده می کند ، که سپس برای تشکیل یک پوشش ، جامد و پیونده می شود. اگرچه این عمل ساده است و می تواند یک پوشش کاربید سیلیکون نسبتاً متراکم ایجاد کند ، اما پوشش آن آسان است و مقاومت اکسیداسیون ضعیفی دارد. معمولاً برای تهیه پوشش های کامپوزیت SIC با کیفیت بالا استفاده می شود.

✔ روش ژل، این روش شامل تهیه یک محلول SOL یکنواخت و شفاف ، استفاده از آن در سطح بستر و سپس خشک کردن و پخت و پز برای تشکیل یک پوشش است. اگرچه این عمل ساده است و هزینه آن کم است ، اما پوشش آماده شده از مقاومت در برابر شوک حرارتی کم برخوردار است و مستعد ترک خوردگی است ، بنابراین دامنه کاربرد آن محدود است.

✔ فناوری واکنش بخار شیمیایی (CVR): CVR از پودر Si و SiO2 برای تولید بخار SIO استفاده می کند و با واکنش شیمیایی روی سطح بستر مواد کربن ، یک پوشش SIC را تشکیل می دهد. اگرچه می توان یک پوشش محکم را تهیه کرد ، دمای واکنش بالاتری لازم است و هزینه آن زیاد است.

رسم بخار شیمیایی (CVD): CVD در حال حاضر پرکاربردترین فناوری برای تهیه پوشش های SIC است و پوشش های SIC با واکنش های فاز گاز بر روی سطح بستر تشکیل می شوند. پوشش تهیه شده توسط این روش از نزدیک به بستر پیوند دارد ، که مقاومت اکسیداسیون بستر و مقاومت در برابر فرسایش را بهبود می بخشد ، اما به زمان رسوب طولانی نیاز دارد و گاز واکنش ممکن است سمی باشد.

شکل 3. نمودار رسوب بخار شیمیایی

4بشر رقابت بازار وآن نیمه هادی استنوآوری فن آوری

در بازار بستر گرافیت با روکش SIC ، تولید کنندگان خارجی از اوایل شروع به کار با مزایای برجسته و سهم بازار بالاتر کردند. در سطح بین المللی ، XyCard در هلند ، SGL در آلمان ، Toyo Tanso در ژاپن و MEMC در ایالات متحده تأمین کننده اصلی هستند و آنها اساساً بازار بین المللی را انحصار می دهند. با این حال ، چین اکنون فناوری اصلی پوشش های SIC به طور یکنواخت در سطح بسترهای گرافیتی را از بین می برد و کیفیت آن توسط مشتریان داخلی و خارجی تأیید شده است. در عین حال ، همچنین از مزایای رقابتی خاصی در قیمت برخوردار است که می تواند نیازهای تجهیزات MOCVD را برای استفاده از بسترهای گرافیتی با پوشش SIC برآورده کند. 

نیمه هادی Vetek در زمینه تحقیق و توسعه مشغول بوده استپوششبیش از 20 سال بنابراین ، ما همان فناوری لایه بافر SGL را راه اندازی کرده ایم. از طریق فناوری پردازش ویژه ، می توان یک لایه بافر را بین گرافیت و کاربید سیلیکون اضافه کرد تا عمر خدمات بیش از دو بار افزایش یابد.