Шта је графитни сусцептор обложен СиЦ?

Слика 1.СиЦ обложен графитни пријемник

1. Епитаксијални слој и његова опрема

Током процеса производње плочице, морамо даље да изградимо епитаксијални слој на неким подлогама плочице да бисмо олакшали производњу уређаја. Епитаксија се односи на процес узгоја новог монокристала на једној кристалној подлози која је пажљиво обрађена резањем, брушењем и полирањем. Нови монокристал може бити исти материјал као супстрат, или други материјал (хомоепитаксијални или хетероепитаксиални). Пошто нови монокристални слој расте дуж кристалне фазе супстрата, назива се епитаксијални слој, а производња уређаја се врши на епитаксијалном слоју. 

На пример, аГаАс епитаксијалнислој се припрема на силиконској подлози за ЛЕД уређаје који емитују светлост; аСиЦ епитаксијалнислој се узгаја на проводљивој СиЦ подлози за конструкцију СБД, МОСФЕТ и других уређаја у енергетским апликацијама; ГаН епитаксијални слој је конструисан на полуизолационој СиЦ подлози за даљу производњу уређаја као што је ХЕМТ у радио фреквенцијским апликацијама као што су комуникације. Параметри као што су дебљина СиЦ епитаксијалних материјала и концентрација носиоца у позадини директно одређују различита електрична својства СиЦ уређаја. У овом процесу не можемо без опреме за хемијско таложење паре (ЦВД).

Слика 2. Начини раста епитаксијалног филма

2. Значај графитног сусцептора обложеног СиЦ у ЦВД опреми

У ЦВД опреми не можемо поставити супстрат директно на метал или једноставно на подлогу за епитаксијално таложење, јер укључује много фактора као што су смер струјања гаса (хоризонтални, вертикални), температура, притисак, фиксација и загађивачи. Због тога морамо да користимо сусцептор (носач вафла) да се подлога постави на тацну и користи ЦВД технологију да изврши епитаксијално таложење на њој. Овај сусцептор је графитни пријемник обложен СиЦ-ом (који се назива и тацна).

2.1 Примена графитног сусцептора обложеног СиЦ у МОЦВД опреми

Графитни сусцептор обложен СиЦ игра кључну улогу уопрема за таложење металних органских хемијских пара (МОЦВД).за подршку и загревање монокристалних подлога. Термичка стабилност и термичка униформност овог пријемника су од кључне важности за квалитет епитаксијалних материјала, тако да се сматра незаменљивом основном компонентом у МОЦВД опреми. Технологија таложења металних органских хемијских пара (МОЦВД) тренутно се широко користи у епитаксијалном расту ГаН танких филмова у плавим ЛЕД диодама јер има предности једноставног рада, контролисане стопе раста и високе чистоће.

Као једна од кључних компоненти у МОЦВД опреми, Ветек полупроводнички графитни сусцептор је одговоран за подупирање и загревање монокристалних супстрата, што директно утиче на униформност и чистоћу танкослојних материјала, а самим тим је и повезано са квалитетом припреме епитаксијалних плочица. Како се број употреба повећава и радно окружење се мења, графитни пријемник је склон хабању и стога је класификован као потрошни материјал.

2.2. Карактеристике СИЦ обложеног графитног пријемника

Да би се задовољиле потребе МОЦВД опреме, премаз потребан за графитни пријемник мора имати специфичне карактеристике како би задовољио следеће стандарде:

✔  Добра покривеност: СиЦ премаз мора у потпуности покрити пријемник и имати висок степен густине како би се спречила оштећења у окружењу корозивног гаса.

✔  Висока чврстоћа везивања: Премаз треба да буде чврсто везан за пријемник и да није лако да падне након више циклуса на високим и ниским температурама.

✔  Добра хемијска стабилност: Премаз мора имати добру хемијску стабилност да би се избегао квар на високим температурама и корозивним атмосферама.

2.3 Потешкоће и изазови у усклађивању графитних и силицијум карбидних материјала

Силицијум карбид (СиЦ) се добро понаша у ГаН епитаксијалним атмосферама због својих предности као што су отпорност на корозију, висока топлотна проводљивост, отпорност на термички удар и добра хемијска стабилност. Његов коефицијент термичке експанзије је сличан коефицијенту графита, што га чини пожељним материјалом за превлаке графита.

Међутим, након свега,графитисилицијум карбидасу два различита материјала, а и даље ће постојати ситуације у којима премаз има кратак век трајања, лако пада и повећава трошкове због различитих коефицијената термичког ширења. 

3. СиЦ Цоатинг технологија

3.1. Уобичајени типови СиЦ

Тренутно уобичајени типови СиЦ укључују 3Ц, 4Х и 6Х, а различите врсте СиЦ су погодне за различите сврхе. На пример, 4Х-СиЦ је погодан за производњу уређаја велике снаге, 6Х-СиЦ је релативно стабилан и може се користити за оптоелектронске уређаје, а 3Ц-СиЦ се може користити за припрему ГаН епитаксијалних слојева и производњу СиЦ-ГаН РФ уређаја због његова структура је слична ГаН. 3Ц-СиЦ се такође обично назива β-СиЦ, који се углавном користи за танке филмове и материјале за облагање. Стога је β-СиЦ тренутно један од главних материјала за премазе.

3.2.Превлака од силицијум карбиданачин припреме

Постоји много опција за припрему силицијум карбидних премаза, укључујући методу гел-сол, методу прскања, методу прскања јонским снопом, методу хемијске реакције паре (ЦВР) и методу хемијског таложења паре (ЦВД). Међу њима, метода хемијског таложења паре (ЦВД) је тренутно главна технологија за припрему СиЦ премаза. Ова метода наноси СиЦ превлаке на површину супстрата кроз реакцију у гасној фази, што има предности блиске везе између премаза и супстрата, побољшавајући отпорност на оксидацију и отпорност на аблацију материјала супстрата.

Метода високотемпературног синтеровања, стављањем графитне подлоге у прашак за уградњу и синтеровањем на високој температури у инертној атмосфери, коначно формира СиЦ премаз на површини супстрата, што се назива методом уградње. Иако је ова метода једноставна и премаз је чврсто везан за подлогу, уједначеност премаза у правцу дебљине је лоша, а рупе су склоне појављивању, што смањује отпорност на оксидацију.

✔  Метода прскањаукључује прскање течних сировина на површину графитне подлоге, а затим очвршћавање сировина на одређеној температури да би се формирао премаз. Иако је ова метода јефтина, премаз је слабо везан за подлогу, а премаз има лошу униформност, танку дебљину и слабу отпорност на оксидацију и обично захтева додатну обраду.

✔  Технологија прскања јонским снопомкористи пиштољ са јонским снопом за распршивање растопљеног или делимично растопљеног материјала на површину графитног супстрата, који се затим учвршћује и везује да би формирао премаз. Иако је операција једноставна и може произвести релативно густ премаз од силицијум карбида, премаз се лако ломи и има слабу отпорност на оксидацију. Обично се користи за припрему висококвалитетних СиЦ композитних премаза.

✔ Сол-гел метода, ова метода укључује припрему једноликог и провидног раствора сол, наношење на површину подлоге, а затим сушење и синтеровање да би се формирао премаз. Иако је операција једноставна и ниска цена, припремљени премаз има ниску отпорност на термички удар и склон је пуцању, тако да је опсег његове примене ограничен.

✔ Технологија хемијске реакције паре (ЦВР): ЦВР користи Си и СиО2 прах за стварање паре СиО и формира СиЦ премаз хемијском реакцијом на површини подлоге од угљеничног материјала. Иако се може припремити чврсто везани премаз, потребна је виша температура реакције и цена је висока.

✔  Хемијско таложење паре (ЦВД): ЦВД је тренутно најраспрострањенија технологија за припрему СиЦ премаза, а СиЦ превлаке настају реакцијама гасне фазе на површини подлоге. Премаз припремљен овом методом је уско везан за подлогу, што побољшава отпорност супстрата на оксидацију и отпорност на аблацију, али захтева дуго време таложења, а реакциони гас може бити токсичан.

Слика 3. Дијаграм депозиције хемијске паре

4. Тржишна конкуренција иВетек Семицондуцтортехнолошке иновације

На тржишту графитних супстрата обложених СиЦ, страни произвођачи су почели раније, са очигледним водећим предностима и већим тржишним уделом. На међународном плану, Ксицард у Холандији, СГЛ у Немачкој, Тоио Тансо у Јапану и МЕМЦ у Сједињеним Државама су главни добављачи и они у основи монополизују међународно тржиште. Међутим, Кина је сада пробила основну технологију равномерно растућих СиЦ премаза на површини графитних подлога, а њен квалитет су потврдили домаћи и страни купци. Истовремено, има и одређене конкурентске предности у цени, што може задовољити захтеве МОЦВД опреме за употребу графитних супстрата обложених СиЦ. 

Ветек семицондуцтор се бави истраживањем и развојем у областиСиЦ облогевише од 20 година. Стога смо лансирали исту технологију баферског слоја као и СГЛ. Кроз специјалну технологију обраде, пуферски слој се може додати између графита и силицијум карбида да би се продужио радни век за више од два пута.