Co je sic-potahový grafitový susceptor?

Obrázek 1. SIC-potahovaný grafitový susceptor

1. Epitaxiální vrstva a její zařízení

Během procesu výroby oplatky musíme dále na některých destižských substrátech dále sestavit epitaxiální vrstvu, abychom usnadnili výrobu zařízení. Epitaxy odkazuje na proces pěstování nového jediného krystalu na jediném krystalovém substrátu, který byl pečlivě zpracován řezáním, broušením a leštění. Nový jediný krystal může být stejný materiál jako substrát nebo jiný materiál (homoepitaxiální nebo heteroepitaxiální). Vzhledem k tomu, že nová jednorázová vrstva roste podél krystalové fáze substrátu, nazývá se epitaxiální vrstvou a výroba zařízení se provádí na epitaxiální vrstvě. 

Například aGAAS EpitaxialVrstva se připravuje na křemíkový substrát pro zařízení emitující světlo LED; ASic epitaxialVrstva se pěstuje na vodivém substrátu SIC pro konstrukci SBD, MOSFET a dalších zařízení v energetických aplikacích; Epitaxiální vrstva GAN je konstruována na poloizorujícím SIC substrátu pro další výrobní zařízení, jako je HEMT v radiofrekvenčních aplikacích, jako je komunikace. Parametry, jako je tloušťka epitaxiálních materiálů SIC a koncentrace nosiče pozadí, přímo určují různé elektrické vlastnosti zařízení SIC. V tomto procesu se nemůžeme obejít bez chemické depozice par (CVD).

Obrázek 2. režimy růstu epitaxiálního filmu

2. Význam sic potahovaného grafitového susceptoru v zařízení CVD

V zařízení CVD nemůžeme umístit substrát přímo na kov nebo jednoduše na základnu pro epitaxiální depozici, protože zahrnuje mnoho faktorů, jako je směr toku plynu (horizontální, vertikální), teplota, tlak, fixace a kontaminanty. Proto musíme použít susceptor (nosič oplatky) umístit substrát na zásobník a použít technologii CVD k provedení epitaxiální depozice na něm. Tento susceptor je sic-potažený grafitový susceptor (také nazývaný podnos).

2.1 Aplikace grafitového susceptoru potaženého SIC v zařízení MOCVD

Klíčovou roli hraje klíčovou roli Graphite SusceptorZařízení pro kovovou organickou chemickou depozici páry (MOCVD)Podpora a zahřívání monokrystalových substrátů. Tepelná stabilita a tepelná uniformita tohoto susceptoru jsou zásadní pro kvalitu epitaxiálních materiálů, takže je považována za nezbytnou základní součást zařízení MOCVD. Technologie kovového organického chemického depozice (MOCVD) se v současné době široce používá v epitaxiálním růstu tenkých filmů GAN v modrých LED, protože má výhody jednoduchého provozu, kontrolovatelné rychlosti růstu a vysoké čistoty.

Jako jedna z jádrových komponent v zařízení MOCVD je vetek Semiconductor Graphite Susceptor zodpovědný za podpěru a zahřívání monokrystalových substrátů, které přímo ovlivňují uniformitu a čistotu materiálů tenkých filmů, a proto souvisí s kvalitou přípravy epitaxiálních destiček. Jak se počet využití zvyšuje a pracovní prostředí se mění, je susceptor grafitu náchylný k opotřebení, a proto je klasifikován jako spotřební.

2.2. Charakteristiky sic potaženého grafitového susceptoru

Abychom vyhověli potřebám zařízení MOCVD, musí mít povlak potřebný pro grafitový susceptor pro splnění následujících standardů:

✔ Dobré pokrytí: Povlak SIC musí zcela zakrývat susceptor a mít vysoký stupeň hustoty, aby se zabránilo poškození v korozivním plynovém prostředí.

✔ Vysoká síla vazby: Povlak by měl být pevně spojen s susceptorem a není snadné spadnout po několika vysokoteplotních a nízkoteplotních cyklech.

✔ Dobrá chemická stabilita: Povlak musí mít dobrou chemickou stabilitu, aby se zabránilo selhání při vysokých teplotách a korozivních atmosférách.

2.3 Problémy a výzvy při porovnávání grafitových a křemíkových karbidů

Karbid křemíku (SIC) funguje dobře v epitaxiálních atmosférách GAN kvůli jeho výhodám, jako je odolnost proti korozi, vysoká tepelná vodivost, odolnost proti tepelnému šoku a dobrá chemická stabilita. Jeho koeficient tepelné roztažnosti je podobný koeficitu grafitu, což z něj činí preferovaný materiál pro grafitové nátěry.

Koneckonců,grafitakřemíkový karbidjsou dva různé materiály a stále budou existovat situace, kdy povlak má krátkou životnost, lze snadno spadnout a zvyšuje náklady v důsledku různých koeficientů tepelné roztažnosti. 

3. Technologie povlaku SIC

3.1. Běžné typy sic

V současné době jsou běžné typy SIC 3C, 4H a 6H a různé typy SIC jsou vhodné pro různé účely. Například 4H-SIC je vhodný pro výrobu vysoce výkonných zařízení, 6H-SIC je relativně stabilní a lze jej použít pro optoelektronická zařízení a 3C-SIC lze použít k přípravě epitaxiálních vrstev GAN a výrobu RF zařízení SIC-Gan díky své podobné struktuře jako GAN. 3C-SIC se také běžně označuje jako β-SIC, který se používá hlavně pro tenké filmy a povlakové materiály. P-SIC je proto v současné době jedním z hlavních materiálů pro povlaky.

3.2.Povlak karbidu křemíkuMetoda přípravy

Existuje mnoho možností pro přípravu křemíkových karbidových povlaků, včetně metody gel-sol, metody postřiku, metody stříkání iontů, metody chemické reakce (CVR) a metody depozice chemických par (CVD). Mezi nimi je metoda chemické depozice par (CVD) v současné době hlavní technologií pro přípravu nátěrů SIC. Tato metoda ukládá povlaky SIC na povrchu substrátu reakcí plynné fáze, která má výhody těsné vazby mezi povlakem a substrátem, což zlepšuje oxidační odolnost a ablační odolnost substrátového materiálu.

Metoda slinování s vysokou teplotou umístěním grafitového substrátu do vložení prášku a jeho slinováním při vysoké teplotě pod inertní atmosférou nakonec tvoří SiC povlak na povrchu substrátu, který se nazývá vložení metody. Ačkoli je tato metoda jednoduchá a povlak je pevně vázán na substrát, uniformita povlaku ve směru tloušťky je špatná a díry jsou náchylné objevit, což snižuje oxidační odolnost.

✔ Metoda postřikuzahrnuje postřik kapalných surovin na povrch grafitového substrátu a poté ztuhnutí surovin při specifické teplotě za vzniku povlaku. Ačkoli je tato metoda levná, povlak je slabě spojen s substrátem a povlak má špatnou uniformitu, tenkou tloušťku a špatnou oxidační odolnost a obvykle vyžaduje další ošetření.

✔ Technologie stříkání iontového paprskuPoužívá pistoli iontového paprsku k postřiku roztaveného nebo částečně roztaveného materiálu na povrch grafitového substrátu, který pak ztuhne a vazby za vzniku povlaku. Přestože je operace jednoduchá a může produkovat relativně hustý povlak karbidu křemíku, povlak se snadno rozbije a má špatnou odolnost proti oxidaci. Obvykle se používá k přípravě vysoce kvalitních kompozitních povlaků SIC.

✔ Metoda sol-gel, tato metoda zahrnuje přípravu jednotného a průhledného roztoku SOL, nanesení na povrch substrátu a poté sušení a slinování za vzniku povlaku. Přestože je operace jednoduchá a náklady jsou nízké, připravený povlak má nízký odolnost proti tepelnému nárazu a je náchylný k praskání, takže jeho aplikační rozsah je omezený.

✔ Technologie reakce chemických par (CVR): CVR používá prášek SI a SIO2 ke generování páry SIO a tvoří sic povlak chemickou reakcí na povrchu substrátu uhlíkového materiálu. Ačkoli může být připraven pevně vázaný povlak, je vyžadována vyšší reakční teplota a náklady jsou vysoké.

✔ Chemická depozice par (CVD): CVD je v současné době nejpoužívanější technologií pro přípravu SIC povlaků a sic povlaky jsou tvořeny reakcími plynné fáze na povrchu substrátu. Povlak připravený touto metodou je úzce spojen s substrátem, který zlepšuje oxidační odolnost proti oxidaci substrátu a ablační odpor, ale vyžaduje dlouhou dobu depozice a reakční plyn může být toxický.

Obrázek 3. Schéma chemického depozice páry

4. Konkurence na trhu aTo polovodičTechnologická inovace

Na trhu s grafitovým substrátem potaženým SIC začaly zahraniční výrobci dříve, se zřejmými vedoucími výhodami a vyšším podílem na trhu. Mezinárodně, Xycard v Nizozemsku, SGL v Německu, Toyo Tanso v Japonsku a MEMC ve Spojených státech jsou hlavními dodavateli a v podstatě monopolizují mezinárodní trh. Čína však nyní prolomila základní technologii rovnoměrně rostoucích sic povlaků na povrchu grafitových substrátů a její kvalita byla ověřena domácími a zahraničními zákazníky. Současně má také určité konkurenční výhody v ceně, které mohou splňovat požadavky zařízení MOCVD pro použití grafitových substrátů potažených SIC. 

To polovodič byl zapojen do výzkumu a vývoje v oblastiSic povlakydéle než 20 let. Proto jsme spustili stejnou technologii vyrovnávacích vrstev jako SGL. Prostřednictvím technologie speciálního zpracování lze mezi grafitem a křemíkovým karbidem přidat vrstvu vyrovnávací paměti, aby se zvýšila životnost více než dvakrát.