Materiál epitaxy karbidu křemíku

Karbid křemíku s chemickým vzorcem sic je složený polovodičový materiál tvořený silnými kovalentními vazbami mezi prvky křemíku (SI) a uhlíkem (C). S vynikajícími fyzikálními a chemickými vlastnostmi hraje v mnoha průmyslových oborech stále důležitější roli, zejména v náročném procesu výroby polovodičů.

Ⅰ. Core Fyzikální vlastnosti karbidu křemíku (SIC)

Pochopení fyzikálních vlastností SIC je základem pro pochopení její hodnoty aplikace:

1) Vysoká tvrdost:

Tvrdost MOHS SIC je asi 9-9,5, sekunda pouze pro Diamond. To znamená, že má vynikající opotřebení a odolnost proti poškrábání.

Hodnota aplikace: Při zpracování polovodiče to znamená, že části vyrobené z SIC (jako jsou robotické ramena, upínače, broušení disků) mají delší životnost, snižují tvorbu částic způsobené opotřebením, a tak zlepšují čistotu a stabilitu procesu.

2) Vynikající tepelné vlastnosti:

● Vysoká tepelná vodivost: 

Tepelná vodivost SIC je mnohem vyšší než vodivosti tradičních křemíkových materiálů a mnoho kovů (až 300–490 W/(Mnění) při teplotě místnosti, v závislosti na jeho krystalové formě a čistotě).

Hodnota aplikace: Může rozptýlit teplo rychle a efektivně. To je rozhodující pro rozptyl tepla vysoce výkonných polovodičových zařízení, která může zabránit přehřátí a selhání zařízení a zlepšit spolehlivost a výkon zařízení. V procesních zařízeních, jako jsou ohřívače nebo chladicí desky, vysoká tepelná vodivost zajišťuje teplotní uniformitu a rychlou odezvu.

● Koeficient nízkého tepelné roztažnosti: SIC má malou rozměrovou změnu v širokém teplotním rozsahu.

Hodnota aplikace: V polovodičových procesech, které zažívají drastické změny teploty (jako je rychlé tepelné žíhání), si mohou části SIC udržovat svůj tvar a rozměrovou přesnost, snížit stres a deformaci způsobenou tepelným nesouladem a zajistit přesnost zpracování a výnos zařízení.

● Vynikající tepelná stabilita: SIC může udržovat svou strukturu a stabilitu výkonu při vysokých teplotách a v inertní atmosféře vydrží teploty až do 1600 ∘c nebo dokonce vyšší.

Hodnota aplikace: Vhodná pro procesní prostředí s vysokou teplotou, jako je epitaxiální růst, oxidace, difúze atd., A není snadné ji rozkládat nebo reagovat s jinými látkami.

● Dobrá odolnost proti tepelnému nárazu: Schopnost odolat rychlým změnám teploty bez praskání nebo poškození.

Hodnota aplikací: Složky SIC jsou odolnější v procesních krocích, které vyžadují rychlý nárůst a pokles teploty.

3） Vynikající elektrické vlastnosti (zejména pro polovodičová zařízení):

● Širokopásmový bandgap: Bandgap SIC je asi trojnásobkem křemíku (SI) (například 4H-SiC je asi 3,26ev a Si je asi 1,12ev).

Hodnota aplikace:

Vysoká provozní teplota: Široká bandgap činí vnitřní koncentraci nosiče SIC zařízení stále velmi nízkou při vysokých teplotách, takže může pracovat při teplotách mnohem vyšší než křemíkové zařízení (až 300 ° C nebo více).

Elektrické pole s vysokým rozrušením: Síla elektrického pole SIC je téměř desetinásobková síla křemíku. To znamená, že při stejné úrovni odolnosti napětí mohou být zařízení SIC ztenčena a odolnost proti driftu je menší, čímž se snižuje ztráty vedení.

Silná odolnost proti záření: Široká bandgap také způsobuje, že má lepší odolnost proti záření a je vhodná pro zvláštní prostředí, jako je letecký průmysl.

● Rychlost driftu s vysokým nasycením elektronů: rychlost nasycené elektronové driftové rychlosti sic je dvojnásobná u křemíku.

Hodnota aplikace: To umožňuje, aby zařízení SIC fungovala při vyšších přepínacích frekvencích, což je prospěšné pro snižování objemu a hmotnosti pasivních komponent, jako jsou induktory a kondenzátory v systému a zlepšení hustoty výkonu systému.

4） Vynikající chemická stabilita:

SIC má silnou odolnost proti korozi a nereaguje s většinou kyselin, bází nebo roztavených solí při teplotě místnosti. Reaguje s určitými silnými oxidanty nebo roztavenými základy pouze při vysokých teplotách.

Hodnota aplikace: V procesech zahrnujících korozivní chemikálie, jako je polovodičový mokrý leptání a čištění, komponenty SIC (jako jsou lodě, trubky a trysky) delší životnost a nižší riziko kontaminace. V suchých procesech, jako je leptání v plazmě, je jeho tolerance vůči plazmě také lepší než mnoho tradičních materiálů.

5）Vysoká čistota (dosažitelná vysoká čistota):

Materiály SIC s vysokou čistotou mohou být připraveny metodami, jako je depozice chemických par (CVD).

Hodnota uživatele: Ve výrobě polovodičů je čistota materiálu kritická a jakékoli nečistoty mohou ovlivnit výkon a výnos zařízení. Složky SIC s vysokou mírou minimalizují kontaminaci křemíkových destiček nebo procesních prostředí.

Ⅱ. Aplikace křemíkového karbidu (SIC) jako epitaxiálního substrátu

Sic Single Crystal Wafers jsou klíčové substrátové materiály pro výrobu vysoce výkonných zařízení SIC (jako jsou MOSFETS, JFETS, SBDS) a Gallium Nitrid (GAN) RF/Power zařízení.

Konkrétní scénáře aplikací a použití:

1) Sic-on-SIC Epitaxy:

Použití: Na monokrystalovém substrátu SIC sic sic epitaxiální vrstva se specifickou dopingem a tloušťkou pěstuje chemickou parní epitaxy (CVD) ke konstrukci aktivní oblasti sic energetických zařízení.

Hodnota aplikace: Vynikající tepelná vodivost substrátu SIC pomáhá zařízení rozptýlit teplo a charakteristiky širokého bandgapu umožňují zařízení odolat vysokému napětí, vysoké teplotě a vysokofrekvenční provoz. To způsobuje, že zařízení SIC napájení fungují dobře v nových energetických vozidlech (elektrické ovládání, nabíjecí piloty), fotovoltaické střídače, průmyslové motorové jednotky, inteligentních sítí a dalších polích, což výrazně zlepšuje účinnost systému a snižuje velikost a hmotnost zařízení.

2) Epitaxy Gan-on-SIC:

Použití: Substráty SIC jsou ideální pro pěstování vysoce kvalitních epitaxiálních vrstev GAN (zejména pro vysokofrekvenční, vysoce výkonná RF zařízení, jako jsou HEMT), díky jejich dobré mřížce s GAN (ve srovnání s safírem a křemíkem) a extrémně vysokou tepelnou vodivostí.

Hodnota aplikace: Substráty SIC mohou efektivně provádět velké množství tepla generovaného zařízeními GAN během provozu, aby byla zajištěna spolehlivost a výkon zařízení. Díky tomu mají zařízení GAN-On-SIC nenahraditelné výhody v základních základních stanicích, radarových systémech, elektronických protiopatřeních a dalších oborech.

Ⅲ. Aplikace karbidu křemíku (SIC) jako povlaku

Sic povlaky jsou obvykle uloženy na povrchu substrátů, jako je grafit, keramika nebo kovy metodou CVD, aby se substrát sic poskytl vynikající vlastnosti.

Konkrétní scénáře aplikací a použití:

1) Komponenty leptacího zařízení v plazmě:

Příklady komponent: sprchové hlavy, komorní vložky, povrchy ESC, zaostřovací kroužky, okna leptání.

Použití: V plazmatickém prostředí jsou tyto složky bombardovány vysokoenergetickými ionty a korozivními plyny. Sic povlaky chrání tyto kritické složky před poškozením jejich vysokou tvrdostí, vysokou chemickou stabilitou a odolností vůči erozi v plazmě.

Hodnota aplikace: Prodloužit životnost složek, snižte částice generované erozí komponenty, zlepšují stabilitu a opakovatelnost procesu, snižují náklady na údržbu a prostoje a zajistěte čistotu zpracování oplatky.

2) Komponenty zařízení pro růstové zařízení epitaxiálního:

Příklady komponent: Susceptory/nosiče oplatky, ohřívací prvky.

Použití: Ve vysokoteplotních, vysoce čistých epitaxiálních růstových prostředích mohou sic povlaky (obvykle vysoce čisté sic) poskytnout vynikající vysokoteplotní stabilitu a chemickou inertici, aby se zabránilo reakci na procesní plyny nebo uvolňování nečistot.

Hodnota aplikace: Zajistěte kvalitu a čistotu epitaxiální vrstvy, zlepšují uniformitu teploty a přesnost kontroly.

3) Jiné komponenty procesního zařízení:

Příklady komponent: Grafitové disky zařízení MOCVD, SIC potažené lodě (lodě pro difúzi/oxidaci).

Použití: Poskytněte povrchy odolné proti korozi, vysoce teplotu, vysoce čisté povrchy.

Hodnota aplikace: Zlepšit spolehlivost procesu a životnost součástí.

Ⅳ. Aplikace křemíkového karbidu (SIC) jako jiných specifických komponent produktu (další specifické komponenty produktu)

Kromě toho, že je substrátem a povlakem, je samotná SIC také přímo zpracovávána do různých přesných komponent díky svému vynikajícímu komplexnímu výkonu.

Konkrétní scénáře aplikací a použití:

1) Komponenty pro manipulaci a přenos oplatky:

Příklady komponent: Efektory robotů, vakuové upínače, okrajové úchopy, kolíky zvednutí.

Použití: Tyto komponenty vyžadují vysokou rigiditu, vysokou odolnost proti opotřebení, nízkou tepelnou roztažení a vysokou čistotu, aby se zajistilo, že nejsou generovány žádné částice, žádné škrábance oplatky a žádné deformace v důsledku změn teploty při přepravě oplatků při vysoké rychlosti a vysoké přesnosti.

Hodnota aplikace: Zlepšit spolehlivost a čistotu přenosu oplatky, snížit poškození oplatky a zajistit stabilní provoz automatizovaných výrobních vedení.

2) Strukturální části zařízení s vysokým teplotou:

Příklady komponent: Trubky pece pro difúzi/oxidaci, lodě/konzoly, trubky na ochranu termočlánků, trysky.

Aplikace: Využijte vysokou teplotní pevnost SIC, odolnost proti tepelnému nárazu, chemickou inertitu a charakteristiky nízkého znečištění.

Hodnota aplikace: Poskytněte stabilní procesní prostředí v oxidaci, difúzi, žíhání a dalších procesech s vysokou teplotou, prodlužují životnost zařízení a snižují údržbu.

3) Přesné keramické komponenty:

Příklady součástí: Ložiska, těsnění, průvodce, lapovací desky.

Aplikace: Využijte vysokou tvrdost SIC, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a rozměrovou stabilitu.

Hodnota aplikace: Vynikající výkon v některých mechanických komponentách, které vyžadují vysokou přesnost, dlouhou životnost a odolnost vůči tvrdému prostředí, jako jsou některé komponenty používané v zařízení CMP (chemické mechanické leštění).

4) Optické komponenty:

Příklady komponent: Zrcadla pro UV/rentgenovou optiku, optická okna.

Použití: Vysoká rigidita SIC, nízká tepelná roztažnost, vysoká tepelná vodivost a lak z něj činí ideální materiál pro výrobu rozsáhlých zrcadel s vysokou stabilitou (zejména ve vesmírných dalekohledech nebo synchrotronových zdrojích).

Hodnota aplikace: Poskytuje vynikající optický výkon a rozměrovou stabilitu za extrémních podmínek.