Какво е графитен ток с покритие от SiC?

Фигура 1. Графитен ток с покритие от SiC

1. Епитаксиален слой и неговото оборудване

По време на процеса на производство на вафли трябва допълнително да изградим епитаксиален слой върху някои подложки на вафли, за да улесним производството на устройства. Епитаксията се отнася до процеса на отглеждане на нов монокристал върху монокристален субстрат, който е внимателно обработен чрез рязане, шлайфане и полиране. Новият монокристал може да бъде от същия материал като субстрата или различен материал (хомоепитаксиален или хетероепитаксиален). Тъй като новият монокристален слой расте по протежение на кристалната фаза на субстрата, той се нарича епитаксиален слой и производството на устройството се извършва върху епитаксиалния слой. 

Например, aGaAs епитаксиаленслой е подготвен върху силиконова подложка за LED светоизлъчващи устройства; аSiC епитаксиаленслой се отглежда върху проводим SiC субстрат за изграждане на SBD, MOSFET и други устройства в енергийни приложения; GaN епитаксиален слой е конструиран върху полуизолиращ SiC субстрат за по-нататъшно производство на устройства като HEMT в радиочестотни приложения като комуникации. Параметри като дебелината на SiC епитаксиалните материали и фоновата концентрация на носители директно определят различните електрически свойства на SiC устройствата. В този процес не можем без оборудване за химическо отлагане на пари (CVD).

Фигура 2. Режими на растеж на епитаксиален филм

2. Значение на графитен ток с покритие от SiC в CVD оборудване

При CVD оборудване не можем да поставим субстрата директно върху метала или просто върху основа за епитаксиално отлагане, тъй като това включва много фактори като посока на газовия поток (хоризонтална, вертикална), температура, налягане, фиксация и замърсители. Следователно трябва да използваме ток (носител на вафла), за да поставите субстрата върху тава и да използвате CVD технология за извършване на епитаксиално отлагане върху него. Този ток е графитен ток с покритие от SiC (наричан още тава).

2.1 Приложение на графитен ток с покритие от SiC в MOCVD оборудване

Графитният ток с покритие от SiC играе ключова роля воборудване за металоорганично химическо отлагане на пари (MOCVD).за поддържане и нагряване на монокристални субстрати. Термичната стабилност и термичната еднородност на този приемник са от решаващо значение за качеството на епитаксиалните материали, така че той се счита за незаменим основен компонент в MOCVD оборудването. Технологията за металоорганично химическо отлагане на пари (MOCVD) в момента се използва широко в епитаксиалния растеж на тънки слоеве GaN в сини светодиоди, тъй като има предимствата на проста работа, контролируема скорост на растеж и висока чистота.

Като един от основните компоненти в MOCVD оборудването, полупроводниковият графитен приемник на Vetek е отговорен за поддържането и нагряването на монокристални субстрати, което пряко влияе върху еднородността и чистотата на тънкослойните материали и по този начин е свързано с качеството на подготовката на епитаксиалните пластини. Тъй като броят на употребите се увеличава и работната среда се променя, графитният фиксатор е податлив на износване и следователно се класифицира като консуматив.

2.2. Характеристики на графитен ток с SIC покритие

За да отговори на нуждите на оборудването MOCVD, покритието, необходимо за графитния приемник, трябва да има специфични характеристики, за да отговаря на следните стандарти:

✔  Добро покритие: Покритието SiC трябва да покрива изцяло сензора и да има висока степен на плътност, за да предотврати повреда в корозивна газова среда.

✔  Висока якост на залепване: Покритието трябва да е здраво свързано към фиксатора и да не пада лесно след множество цикли на висока и ниска температура.

✔  Добра химическа стабилност: Покритието трябва да има добра химическа стабилност, за да се избегне повреда при висока температура и корозивни атмосфери.

2.3 Трудности и предизвикателства при съчетаването на графитни и силициево-карбидни материали

Силициевият карбид (SiC) се представя добре в епитаксиални атмосфери на GaN поради своите предимства като устойчивост на корозия, висока топлопроводимост, устойчивост на термичен удар и добра химическа стабилност. Неговият коефициент на термично разширение е подобен на този на графита, което го прави предпочитан материал за графитни сенцепторни покрития.

Въпреки това, в края на краищата,графитисилициев карбидса два различни материала и все пак ще има ситуации, при които покритието има кратък експлоатационен живот, лесно пада и увеличава разходите поради различни коефициенти на топлинно разширение. 

3. SiC Coating технология

3.1. Често срещани видове SiC

Понастоящем обичайните типове SiC включват 3C, 4H и 6H, а различните видове SiC са подходящи за различни цели. Например, 4H-SiC е подходящ за производство на устройства с висока мощност, 6H-SiC е относително стабилен и може да се използва за оптоелектронни устройства, а 3C-SiC може да се използва за подготовка на GaN епитаксиални слоеве и производство на SiC-GaN RF устройства поради неговата подобна структура на GaN. 3C-SiC също често се нарича β-SiC, който се използва главно за тънки филми и материали за покритие. Следователно β-SiC в момента е един от основните материали за покрития.

3.2.Покритие от силициев карбидметод на приготвяне

Има много възможности за приготвяне на покрития от силициев карбид, включително метод на гел-зол, метод на пръскане, метод на пръскане с йонен лъч, метод на химическа реакция на пари (CVR) и метод на химическо отлагане на пари (CVD). Сред тях методът на химическо отлагане на пари (CVD) в момента е основната технология за получаване на SiC покрития. Този метод отлага SiC покрития върху повърхността на субстрата чрез газова фазова реакция, която има предимствата на тясно свързване между покритието и субстрата, подобрявайки устойчивостта на окисление и устойчивостта на аблация на материала на субстрата.

Методът на високотемпературно синтероване, чрез поставяне на графитния субстрат в праха за вграждане и синтероването му при висока температура в инертна атмосфера, накрая образува SiC покритие върху повърхността на субстрата, което се нарича метод на вграждане. Въпреки че този метод е прост и покритието е плътно свързано към субстрата, еднородността на покритието в посока на дебелината е лоша и са склонни да се появяват дупки, което намалява устойчивостта на окисление.

✔  Методът на пръсканевключва пръскане на течни суровини върху повърхността на графитния субстрат и след това втвърдяване на суровините при определена температура, за да се образува покритие. Въпреки че този метод е евтин, покритието е слабо свързано със субстрата и покритието има лоша равномерност, малка дебелина и слаба устойчивост на окисление и обикновено изисква допълнителна обработка.

✔  Технология за пръскане с йонен лъчизползва пистолет с йонен лъч за пръскане на разтопен или частично разтопен материал върху повърхността на графитен субстрат, който след това се втвърдява и свързва, за да образува покритие. Въпреки че операцията е проста и може да произведе сравнително плътно покритие от силициев карбид, покритието лесно се счупва и има слаба устойчивост на окисление. Обикновено се използва за получаване на висококачествени SiC композитни покрития.

✔ Сол-гел метод, този метод включва приготвяне на еднороден и прозрачен разтвор на зол, нанасянето му върху повърхността на субстрата и след това изсушаване и синтероване за образуване на покритие. Въпреки че операцията е проста и цената е ниска, приготвеното покритие има ниска устойчивост на термичен удар и е склонно към напукване, така че обхватът му на приложение е ограничен.

✔ Технология за химическа реакция на пари (CVR): CVR използва Si и SiO2 прах за генериране на SiO пари и образува SiC покритие чрез химическа реакция върху повърхността на субстрата от въглероден материал. Въпреки че може да се получи плътно свързано покритие, необходима е по-висока реакционна температура и цената е висока.

✔  Химично отлагане на пари (CVD): CVD в момента е най-широко използваната технология за приготвяне на SiC покрития, а SiC покритията се формират чрез реакции в газовата фаза на повърхността на субстрата. Покритието, приготвено по този метод, е тясно свързано със субстрата, което подобрява устойчивостта на субстрата на окисление и устойчивост на аблация, но изисква дълго време на отлагане и реакционният газ може да бъде токсичен.

Фигура 3. Диаграма на химическо отлагане на пари

4. Пазарната конкуренция иVetek Semiconductorтехнологична иновация

На пазара на графитни субстрати с покритие от SiC чуждестранните производители започнаха по-рано, с очевидни водещи предимства и по-висок пазарен дял. В международен план Xycard в Холандия, SGL в Германия, Toyo Tanso в Япония и MEMC в Съединените щати са основни доставчици и те основно монополизират международния пазар. Въпреки това Китай вече е пробил основната технология за равномерно нарастващи SiC покрития върху повърхността на графитни субстрати и качеството му е проверено от местни и чуждестранни клиенти. В същото време той също има определени конкурентни предимства в цената, които могат да отговорят на изискванията на MOCVD оборудване за използване на графитни субстрати с покритие от SiC. 

Vetek semiconductor се занимава с изследвания и разработки в областта наSiC покритияза повече от 20 години. Затова пуснахме същата технология на буферния слой като SGL. Чрез специална технология за обработка може да се добави буферен слой между графит и силициев карбид, за да се увеличи експлоатационният живот повече от два пъти.