Mi az a SiC bevonatú grafit szuszceptor?

1. ábra SiC bevonatú grafit szuszceptor

1. Epitaxiális réteg és berendezése

Az ostyagyártási folyamat során tovább kell építenünk egy epitaxiális réteget egyes ostyahordozókon, hogy megkönnyítsük az eszközök gyártását. Az epitaxia egy új egykristály növesztésének folyamatára utal egy egykristály szubsztrátumon, amelyet gondosan feldolgoztak vágással, csiszolással és polírozással. Az új egykristály lehet ugyanabból az anyagból, mint a szubsztrátum, vagy más anyagból (homoepitaxiális vagy heteroepitaxiális). Mivel az új egykristályréteg a szubsztrát kristályfázisa mentén növekszik, ezért epitaxiális rétegnek nevezik, és az eszközgyártás az epitaxiális rétegen történik. 

Például aGaAs epitaxiálisréteg szilícium hordozóra készül LED fénykibocsátó eszközökhöz; aSiC epitaxiálisA réteget vezetőképes SiC szubsztrátumon termesztik SBD, MOSFET és egyéb energiaalkalmazási eszközök építéséhez; egy GaN epitaxiális réteget félig szigetelő SiC hordozóra építenek fel, hogy további eszközöket, például HEMT-et gyártsanak rádiófrekvenciás alkalmazásokban, például kommunikációban. Az olyan paraméterek, mint a SiC epitaxiális anyagok vastagsága és a háttérhordozó koncentrációja közvetlenül meghatározzák a SiC eszközök különféle elektromos tulajdonságait. Ebben a folyamatban nem nélkülözhetjük a kémiai gőzleválasztást (CVD) szolgáló berendezéseket.

2. ábra Epitaxiális filmnövekedési módok

2. A SiC bevonatú grafit szuszceptor jelentősége a CVD berendezésekben

A CVD berendezésekben nem tudjuk a hordozót közvetlenül a fémre vagy egyszerűen egy alapra helyezni epitaxiális lerakódáshoz, mert ez számos tényezőtől függ, mint például a gázáramlás iránya (vízszintes, függőleges), hőmérséklet, nyomás, rögzítés és szennyeződések. Ezért használnunk kell egy szuszceptort (ostyahordozó). Ez a szuszceptor a SiC bevonatú grafit szuszceptor (tálcának is nevezik).

2.1 SiC bevonatú grafit szuszceptor alkalmazása MOCVD berendezésekben

A SiC bevonatú grafit szuszceptor kulcsszerepet játszikfém szerves kémiai gőzleválasztási (MOCVD) berendezésekegykristály hordozók alátámasztására és melegítésére. Ennek a szuszceptornak a termikus stabilitása és termikus egyenletessége döntő fontosságú az epitaxiális anyagok minősége szempontjából, ezért a MOCVD berendezések nélkülözhetetlen alapelemének tekintik. A fém szerves kémiai gőzfázisú leválasztás (MOCVD) technológiát jelenleg széles körben használják GaN vékonyrétegek epitaxiális növekedésében kék LED-ekben, mivel előnye az egyszerű működés, a szabályozható növekedési sebesség és a nagy tisztaság.

A Vetek félvezető grafit szuszceptor a MOCVD berendezések egyik alapvető elemeként az egykristály hordozók alátámasztásáért és melegítéséért felelős, ami közvetlenül befolyásolja a vékonyréteg-anyagok egyenletességét és tisztaságát, így összefügg az epitaxiális lapkák előkészítésének minőségével. A felhasználások számának növekedésével és a munkakörnyezet változásával a grafit szuszceptor hajlamos a kopásra, ezért fogyóeszköznek minősül.

2.2. A SIC bevonatú grafit szuszceptor jellemzői

A MOCVD berendezések igényeinek kielégítése érdekében a grafit szuszceptorhoz szükséges bevonatnak sajátos jellemzőkkel kell rendelkeznie, hogy megfeleljen a következő szabványoknak:

✔  Jó fedőképesség: A SiC bevonatnak teljesen le kell fednie a szuszceptort, és nagy sűrűségűnek kell lennie, hogy megakadályozza a károsodást a korrozív gázkörnyezetben.

✔  Magas kötési szilárdság: A bevonatnak szilárdan kell kötődnie a szuszceptorhoz, és többszöri magas és alacsony hőmérsékletű ciklusok után ne essen le könnyen.

✔  Jó kémiai stabilitás: A bevonatnak jó kémiai stabilitással kell rendelkeznie, hogy elkerülje a meghibásodást magas hőmérsékleten és korrozív atmoszférában.

2.3 Nehézségek és kihívások a grafit és szilícium-karbid anyagok összeillesztése során

A szilícium-karbid (SiC) jól teljesít GaN epitaxiális atmoszférában olyan előnyeinek köszönhetően, mint a korrózióállóság, a magas hővezető képesség, a hősokkállóság és a jó kémiai stabilitás. Hőtágulási együtthatója hasonló a grafitéhoz, ezért ez a grafit szuszceptor bevonatok kedvelt anyaga.

Azonban végül isgrafitésszilícium-karbidKét különböző anyagról van szó, és továbbra is lesznek olyan helyzetek, amikor a bevonat rövid élettartamú, könnyen leesik, és a különböző hőtágulási együtthatók miatt megnövelik a költségeket. 

3. SiC bevonat technológia

3.1. A SiC általános típusai

Jelenleg a SiC általános típusai közé tartozik a 3C, 4H és 6H, és a különböző típusú SiC különböző célokra alkalmas. Például a 4H-SiC alkalmas nagy teljesítményű eszközök gyártására, a 6H-SiC viszonylag stabil és használható optoelektronikai eszközökhöz, a 3C-SiC pedig GaN epitaxiális rétegek készítésére és SiC-GaN RF eszközök gyártására használható. szerkezete hasonló a GaN-hez. A 3C-SiC-t általában β-SiC-nek is nevezik, amelyet főként vékony filmekhez és bevonóanyagokhoz használnak. Ezért jelenleg a β-SiC a bevonatok egyik fő anyaga.

3.2.Szilícium-karbid bevonatelkészítési módszer

A szilícium-karbid bevonatok elkészítésére számos lehetőség kínálkozik, beleértve a gél-szol módszert, a permetezési módszert, az ionsugaras permetezési módszert, a kémiai gőzreakciós módszert (CVR) és a kémiai gőzleválasztásos módszert (CVD). Közülük jelenleg a kémiai gőzleválasztásos módszer (CVD) a fő technológia a SiC bevonatok előállítására. Ezzel a módszerrel gázfázisú reakcióval SiC bevonatokat raknak le a hordozó felületére, aminek az az előnye, hogy szorosan kötődik a bevonat és az aljzat között, javítva a hordozóanyag oxidációval szembeni ellenállását és ablációs ellenállását.

A magas hőmérsékletű szinterezési eljárás a grafit szubsztrátum beágyazóporba helyezésével és magas hőmérsékleten, inert atmoszférában történő szinterezésével végül SiC bevonatot képez a hordozó felületén, amit beágyazási eljárásnak nevezünk. Bár ez a módszer egyszerű, és a bevonat szorosan kötődik az aljzathoz, a bevonat vastagsági irányú egyenletessége gyenge, és hajlamosak lyukak megjelenésére, ami csökkenti az oxidációval szembeni ellenállást.

✔  A permetezési módmagában foglalja a folyékony nyersanyagok permetezését a grafit szubsztrát felületére, majd az alapanyagok meghatározott hőmérsékleten történő megszilárdítását, hogy bevonatot képezzenek. Bár ez a módszer olcsó, a bevonat gyengén kötődik az aljzathoz, és a bevonat gyenge egyenletességgel, vékony vastagsággal és gyenge oxidációs ellenállással rendelkezik, és általában további kezelést igényel.

✔  Ionsugaras permetezési technológiaionsugaras pisztolyt használ, hogy olvadt vagy részben megolvadt anyagot szórjon a grafit szubsztrátum felületére, amely aztán megszilárdul és megköt, így bevonatot képez. Bár a művelet egyszerű, és viszonylag sűrű szilícium-karbid bevonatot hozhat létre, a bevonat könnyen törhető, és gyenge az oxidációval szembeni ellenállása. Általában kiváló minőségű SiC kompozit bevonatok készítésére használják.

✔ Szol-gél módszer, ez a módszer egy egységes és átlátszó szololdat elkészítését, az aljzat felületére történő felvitelét, majd szárítását és szinterezését foglalja magában, hogy bevonatot képezzenek. Bár a művelet egyszerű és a költségek alacsonyak, az elkészített bevonat hősokkállósága alacsony, és hajlamos a repedésre, ezért alkalmazási köre korlátozott.

✔ Kémiai gőzreakció technológia (CVR): A CVR Si- és SiO2-port használ SiO-gőz előállítására, és kémiai reakcióval SiC bevonatot képez a szénhordozó felületén. Jóllehet szorosan kötött bevonat készíthető, magasabb reakcióhőmérsékletre van szükség, és a költségek is magasak.

✔  Kémiai gőzleválasztás (CVD): A CVD jelenleg a legszélesebb körben alkalmazott technológia a SiC bevonatok előállítására, és a SiC bevonatok gázfázisú reakciók révén jönnek létre az aljzat felületén. Az ezzel a módszerrel elkészített bevonat szorosan kötődik az aljzathoz, ami javítja az aljzat oxidációs és ablációs ellenállását, de hosszú lerakódási időt igényel, és a reakciógáz mérgező lehet.

3. ábra. Kémiai gőzleválasztási diagram

4. A piaci verseny ésVetek Semiconductortechnológiai innovációja

A SiC bevonatú grafithordozók piacán a külföldi gyártók korábban indultak, nyilvánvaló vezető előnyökkel és nagyobb piaci részesedéssel. Nemzetközi szinten a Xycard Hollandiában, az SGL Németországban, a Toyo Tanso Japánban és a MEMC az Egyesült Államokban fő beszállítók, és alapvetően monopolizálják a nemzetközi piacot. Kína azonban mostanra áttörte a grafithordozók felületén egyenletesen növekvő SiC bevonatok alapvető technológiáját, amelynek minőségét hazai és külföldi vásárlók is ellenőrizték. Ugyanakkor bizonyos versenyelőnyökkel is rendelkezik az árban, amely megfelel a MOCVD berendezések által támasztott követelményeknek a SiC bevonatú grafit hordozók használatához. 

A Vetek félvezető kutatás-fejlesztési tevékenységet folytatott ezen a területenSiC bevonatoktöbb mint 20 éve. Ezért ugyanazt a pufferréteg technológiát vezettük be, mint az SGL. Speciális feldolgozási technológiának köszönhetően a grafit és a szilícium-karbid közé pufferréteget lehet hozzáadni, ami több mint kétszeresére növeli az élettartamot.