SiC örtüklü qrafit həssaslığı nədir?

Şəkil 1.SiC ilə örtülmüş qrafit qəbuledicisi

1. Epitaksial təbəqə və onun avadanlıqları

Vafli istehsalı prosesi zamanı cihazların istehsalını asanlaşdırmaq üçün bəzi vafli substratlarda daha da epitaksial təbəqə qurmalıyıq. Epitaksiya, kəsmə, üyütmə və cilalama ilə diqqətlə işlənmiş bir kristal substratda yeni tək kristalın yetişdirilməsi prosesinə aiddir. Yeni monokristal substratla eyni material və ya fərqli material (homoepitaksial və ya heteroepitaksial) ola bilər. Yeni monokristal təbəqə substratın kristal fazası boyunca böyüdüyü üçün ona epitaksial təbəqə deyilir və cihazın istehsalı epitaksial təbəqədə aparılır. 

Məsələn, aGaAs epitaksialtəbəqə LED işıq yayan qurğular üçün silikon substratda hazırlanır; aSiC epitaksialqat SBD, MOSFET və güc tətbiqlərində digər cihazların qurulması üçün keçirici SiC substratında yetişdirilir; bir GaN epitaksial təbəqə rabitə kimi radiotezlik tətbiqlərində HEMT kimi cihazları daha da istehsal etmək üçün yarı izolyasiya edən SiC substratı üzərində qurulur. SiC epitaksial materiallarının qalınlığı və fon daşıyıcısının konsentrasiyası kimi parametrlər SiC cihazlarının müxtəlif elektrik xüsusiyyətlərini birbaşa müəyyən edir. Bu prosesdə kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) avadanlığı olmadan edə bilmərik.

Şəkil 2. Epitaksial filmin böyümə rejimləri

2. CVD avadanlığında SiC örtüklü qrafit həssaslığının əhəmiyyəti

CVD avadanlıqlarında biz substratı birbaşa metalın üzərinə və ya sadəcə epitaksial çökmə üçün bazaya yerləşdirə bilmərik, çünki o, qaz axınının istiqaməti (üfüqi, şaquli), temperatur, təzyiq, fiksasiya və çirkləndiricilər kimi bir çox amilləri əhatə edir. Buna görə də, bir həssas istifadə etməliyik (vafli daşıyıcı) substratı nimçəyə yerləşdirmək və onun üzərində epitaksial çökmə həyata keçirmək üçün CVD texnologiyasından istifadə etmək. Bu zəbtedici SiC ilə örtülmüş qrafit sensordur (həmçinin nimçə deyilir).

2.1 MOCVD avadanlığında SiC örtülmüş qrafit reseptorunun tətbiqi

SiC ilə örtülmüş qrafit reseptoru əsas rol oynayırmetal üzvi kimyəvi buxar çökmə (MOCVD) avadanlığımonokristal substratları dəstəkləmək və qızdırmaq üçün. Bu sensorun istilik sabitliyi və istilik vahidliyi epitaksial materialların keyfiyyəti üçün çox vacibdir, buna görə də MOCVD avadanlıqlarında əvəzedilməz əsas komponent kimi qəbul edilir. Metal üzvi kimyəvi buxar çökmə (MOCVD) texnologiyası hazırda mavi LED-lərdə GaN nazik filmlərinin epitaksial böyüməsində geniş istifadə olunur, çünki sadə əməliyyat, idarə olunan böyümə sürəti və yüksək təmizlik üstünlüklərinə malikdir.

MOCVD avadanlığının əsas komponentlərindən biri kimi Vetek yarımkeçirici qrafit qəbuledicisi monokristal substratları dəstəkləmək və qızdırmaq üçün cavabdehdir, bu da nazik film materiallarının vahidliyinə və saflığına birbaşa təsir göstərir və beləliklə, epitaksial vaflilərin hazırlanması keyfiyyəti ilə əlaqədardır. İstifadələrin sayı artdıqca və iş mühiti dəyişdikcə, qrafit qəbuledicisi aşınmaya meyllidir və buna görə də istehlak materialı kimi təsnif edilir.

2.2. SIC ilə örtülmüş qrafit reseptorunun xüsusiyyətləri

MOCVD avadanlığının ehtiyaclarını ödəmək üçün, qrafit qəbuledicisi üçün tələb olunan örtük aşağıdakı standartlara cavab verən spesifik xüsusiyyətlərə malik olmalıdır:

✔  Yaxşı əhatə: SiC örtüyü, aşındırıcı qaz mühitində zədələnmənin qarşısını almaq üçün həssaslığı tamamilə örtməli və yüksək sıxlığa malik olmalıdır.

✔  Yüksək yapışma gücü: Örtük həssasla möhkəm yapışdırılmalı və çoxlu yüksək və aşağı temperatur dövrlərindən sonra düşmək asan olmamalıdır.

✔  Yaxşı kimyəvi dayanıqlıq: Yüksək temperatur və aşındırıcı atmosferlərdə nasazlığın qarşısını almaq üçün örtük yaxşı kimyəvi dayanıqlığa malik olmalıdır.

2.3 Qrafit və silisium karbid materiallarının uyğunlaşdırılmasında çətinliklər və problemlər

Silikon karbid (SiC) korroziyaya davamlılıq, yüksək istilik keçiriciliyi, istilik şokuna davamlılıq və yaxşı kimyəvi sabitlik kimi üstünlükləri səbəbindən GaN epitaksial atmosferlərində yaxşı işləyir. Onun istilik genişlənmə əmsalı qrafitinkinə bənzəyir və onu qrafit həssas örtüklər üçün üstünlük təşkil edir.

Lakin, axırda,qrafitvəsilisium karbidiki fərqli materialdır və örtüyün qısa xidmət müddətinə malik olduğu, yıxılması asan olduğu və müxtəlif istilik genişlənmə əmsallarına görə xərcləri artırdığı hallar hələ də olacaq. 

3. SiC Kaplama texnologiyası

3.1. SiC-nin ümumi növləri

Hazırda SiC-nin ümumi növlərinə 3C, 4H və 6H daxildir və müxtəlif SiC növləri müxtəlif məqsədlər üçün uyğundur. Məsələn, 4H-SiC yüksək güclü cihazların istehsalı üçün uyğundur, 6H-SiC nisbətən sabitdir və optoelektronik cihazlar üçün istifadə edilə bilər və 3C-SiC GaN epitaksial təbəqələrinin hazırlanmasında və SiC-GaN RF cihazlarının istehsalı üçün istifadə edilə bilər. onun quruluşu GaN-ə bənzəyir. 3C-SiC adətən β-SiC olaraq da adlandırılır ki, bu da əsasən nazik filmlər və örtük materialları üçün istifadə olunur. Buna görə də, β-SiC hazırda örtüklər üçün əsas materiallardan biridir.

3.2.Silikon karbid örtükhazırlıq üsulu

Silikon karbid örtüklərinin hazırlanması üçün bir çox variant var, o cümlədən gel-sol üsulu, çiləmə üsulu, ion şüası ilə püskürtmə üsulu, kimyəvi buxar reaksiya üsulu (CVR) və kimyəvi buxar çökmə üsulu (CVD). Onların arasında kimyəvi buxar çökmə üsulu (CVD) hazırda SiC örtüklərinin hazırlanması üçün əsas texnologiyadır. Bu üsul, qaz faza reaksiyası vasitəsilə substratın səthində SiC örtüklərini yatırır ki, bu da örtük və substrat arasında sıx birləşmə üstünlüklərinə malikdir, substrat materialının oksidləşmə müqavimətini və ablasiya müqavimətini artırır.

Yüksək temperaturda sinterləmə üsulu, qrafit substratını yerləşdirmə tozuna yerləşdirmək və onu yüksək temperaturda inert atmosfer altında sinterləməklə, nəhayət, yerləşdirmə üsulu adlanan substratın səthində SiC örtüyü əmələ gətirir. Baxmayaraq ki, bu üsul sadədir və örtük substrata sıx şəkildə bağlanır, qalınlıq istiqamətində örtüyün vahidliyi zəifdir və oksidləşmə müqavimətini azaldan deşiklər görünməyə meyllidir.

✔  Püskürtmə üsulumaye xammalın qrafit substratın səthinə səpilməsini, sonra isə örtük əmələ gətirmək üçün xammalın müəyyən temperaturda bərkidilməsini nəzərdə tutur. Bu metodun ucuz olmasına baxmayaraq, örtük substrata zəif birləşir və örtük zəif vahidliyə, nazik qalınlığa və zəif oksidləşmə müqavimətinə malikdir və adətən əlavə müalicə tələb edir.

✔  İon şüası ilə püskürtmə texnologiyasıərimiş və ya qismən ərimiş materialı qrafit substratın səthinə püskürtmək üçün ion şüa silahından istifadə edir, sonra bərkiyir və örtük əmələ gətirir. Əməliyyat sadə olsa da və nisbətən sıx silisium karbid örtüyü yarada bilsə də, örtük asanlıqla qırılır və oksidləşmə müqaviməti zəifdir. Adətən yüksək keyfiyyətli SiC kompozit örtükləri hazırlamaq üçün istifadə olunur.

✔ Sol-gel üsulu, bu üsul vahid və şəffaf sol məhlulun hazırlanmasını, substratın səthinə tətbiq edilməsini və sonra qurudulması və bir örtük yaratmaq üçün sinterlənməsini əhatə edir. Əməliyyatın sadə olmasına və maya dəyərinin aşağı olmasına baxmayaraq, hazırlanmış örtük aşağı termal şok müqavimətinə malikdir və çatlamağa meyllidir, buna görə də onun tətbiq dairəsi məhduddur.

✔ Kimyəvi buxar reaksiya texnologiyası (CVR): CVR SiO buxarını yaratmaq üçün Si və SiO2 tozundan istifadə edir və karbon materialının substratının səthində kimyəvi reaksiya ilə SiC örtüyü əmələ gətirir. Sıx bir şəkildə bağlanmış bir örtük hazırlana bilsə də, daha yüksək reaksiya temperaturu tələb olunur və dəyəri yüksəkdir.

✔  Kimyəvi buxar çökməsi (CVD): CVD hazırda SiC örtüklərinin hazırlanması üçün ən çox istifadə edilən texnologiyadır və SiC örtükləri substratın səthində qaz fazasının reaksiyaları nəticəsində əmələ gəlir. Bu üsulla hazırlanan örtük substratın oksidləşmə müqavimətini və ablasiya müqavimətini yaxşılaşdıran substratla sıx birləşir, lakin uzun çökmə müddəti tələb edir və reaksiya qazı zəhərli ola bilər.

Şəkil 3. Kimyəvi buxarın çökdürülməsi diaqramı

4. Bazar rəqabəti vəVetek yarımkeçiricitexnoloji yenilikdir

SiC örtüklü qrafit substrat bazarında, xarici istehsalçılar açıq-aşkar aparıcı üstünlükləri və daha yüksək bazar payı ilə daha əvvəl başladılar. Beynəlxalq miqyasda Hollandiyada Xycard, Almaniyada SGL, Yaponiyada Toyo Tanso və ABŞ-da MEMC əsas təchizatçılardır və onlar əsasən beynəlxalq bazarı inhisara alırlar. Bununla belə, Çin indi qrafit substratların səthində bərabər şəkildə böyüyən SiC örtüklərinin əsas texnologiyasını sındırdı və onun keyfiyyəti yerli və xarici müştərilər tərəfindən təsdiqləndi. Eyni zamanda, SiC örtüklü qrafit substratların istifadəsi üçün MOCVD avadanlıqlarının tələblərinə cavab verə bilən qiymətdə müəyyən rəqabət üstünlüklərinə malikdir. 

Vetek yarımkeçirici sahəsində tədqiqat və təkmilləşdirmə işləri ilə məşğul olmuşdurSiC örtükləri20 ildən artıqdır. Buna görə də biz SGL ilə eyni bufer qat texnologiyasını işə saldıq. Xüsusi emal texnologiyası vasitəsilə xidmət müddətini iki dəfədən çox artırmaq üçün qrafit və silisium karbid arasında bufer təbəqəsi əlavə edilə bilər.