Material de epitaxie din carbură de siliciu

Carbura de siliciu, cu formula chimică sic, este un material semiconductor compus format din legături covalente puternice între elementele de siliciu (SI) și carbon (C). Cu proprietățile sale fizice și chimice excelente, acesta joacă un rol din ce în ce mai important în multe domenii industriale, în special în procesul de fabricație a semiconductorilor solicitanți.

Ⅰ. Proprietățile fizice de bază ale carburii de siliciu (sic)

Înțelegerea proprietăților fizice ale SIC este baza pentru înțelegerea valorii aplicării acesteia:

1) Duritate ridicată:

Duritatea Mohs a SIC este de aproximativ 9-9,5, în al doilea rând doar la diamant. Aceasta înseamnă că are o rezistență excelentă la uzură și zgârieturi.

Valoarea aplicării: în procesarea semiconductorului, aceasta înseamnă că părțile din SIC (cum ar fi brațele robotice, mușcăturile, discurile de măcinare) au o viață mai lungă, reduc generarea de particule cauzate de uzură și, astfel, îmbunătățesc curățenia și stabilitatea procesului.

2) Proprietăți termice excelente:

● Conductivitate termică ridicată: 

Conductivitatea termică a SiC este mult mai mare decât cea a materialelor tradiționale de siliciu și a multor metale (până la 300-490W/(M⋅K) la temperatura camerei, în funcție de forma și puritatea sa de cristal).

Valoarea aplicației: poate disipa căldura rapid și eficient. Acest lucru este esențial pentru disiparea căldurii a dispozitivelor semiconductoare de mare putere, ceea ce poate împiedica dispozitivul să se supraîncălzească și să eșec și să îmbunătățească fiabilitatea și performanța dispozitivului. În echipamentele de proces, cum ar fi încălzitoarele sau plăcile de răcire, conductivitatea termică ridicată asigură uniformitatea temperaturii și răspunsul rapid.

● Coeficient de expansiune termică scăzut: SIC are o schimbare dimensională mică pe o gamă largă de temperatură.

Valoarea aplicației: În procesele semiconductoare care se confruntă cu modificări drastice de temperatură (cum ar fi recoacerea termică rapidă), părțile SIC își pot menține forma și precizia dimensională, pot reduce stresul și deformarea cauzată de nepotrivirea termică și să asigure precizia procesării și randamentul dispozitivului.

● Stabilitate termică excelentă: SIC își poate menține structura și stabilitatea performanței la temperaturi ridicate și poate rezista la temperaturi de până la 1600 ∘C sau chiar mai mari într -o atmosferă inertă.

Valoarea aplicației: Potrivită pentru medii de proces la temperaturi ridicate, cum ar fi creșterea epitaxială, oxidarea, difuzarea etc., și nu este ușor de descompus sau reacționat cu alte substanțe.

● O bună rezistență la șoc termic: capabil să reziste la modificări rapide de temperatură fără fisură sau deteriorare.

Valoarea aplicației: Componentele SIC sunt mai durabile în etapele procesului care necesită o creștere rapidă a temperaturii și căderea.

3） Proprietăți electrice superioare (în special pentru dispozitivele cu semiconductor):

● Bandgap larg: banda de bandă a SiC este de aproximativ trei ori mai mare decât a siliconului (SI) (de exemplu, 4H-SIC este de aproximativ 3.26ev, iar Si este de aproximativ 1.12ev).

Valoarea aplicației:

Temperatură ridicată de funcționare: banda largă face ca concentrația intrinsecă a purtătorului de dispozitive SIC să fie încă foarte scăzută la temperaturi ridicate, astfel încât poate funcționa la temperaturi mult mai mari decât dispozitivele de siliciu (până la 300∘C sau mai mult).

Câmpul electric de defalcare ridicat: Rezistența la câmpul electric de defalcare a SiC este de aproape 10 ori mai mare decât a siliciului. Acest lucru înseamnă că, la același nivel de rezistență de tensiune, dispozitivele SIC pot fi mai subțiri, iar rezistența regiunii de derivă este mai mică, reducând astfel pierderile de conducere.

Rezistență puternică pentru radiații: banda largă o face, de asemenea, să aibă o rezistență mai bună la radiații și este potrivită pentru medii speciale precum aerospațial.

● Viteza de derivă ridicată a electronilor de saturație: viteza de derivă a electronilor de saturație a SIC este de două ori mai mare decât a siliciului.

Valoarea aplicației: Aceasta permite dispozitivele SIC să funcționeze la frecvențe de comutare mai mari, ceea ce este benefic pentru reducerea volumului și greutății componentelor pasive, cum ar fi inductorii și condensatorii din sistem și îmbunătățirea densității puterii sistemului.

4） Stabilitatea chimică excelentă:

SIC are o rezistență puternică la coroziune și nu reacționează cu majoritatea acizilor, bazelor sau sărurilor topite la temperatura camerei. Reacționează cu anumiți oxidanți puternici sau baze topite doar la temperaturi ridicate.

Valoarea aplicării: în procesele care implică substanțe chimice corozive, cum ar fi gravarea și curățarea umedă cu semiconductor, componentele SIC (cum ar fi bărcile, conductele și duzele) au o durată de viață mai lungă și un risc mai mic de contaminare. În procesele uscate, cum ar fi gravura plasmatică, toleranța sa la plasmă este, de asemenea, mai bună decât multe materiale tradiționale.

5）Puritate ridicată (puritate ridicată realizabilă):

Materiale SIC de înaltă puritate pot fi preparate prin metode precum depunerea de vapori chimici (CVD).

Valoarea utilizatorului: în fabricarea semiconductorilor, puritatea materialului este critică și orice impurități poate afecta performanța și randamentul dispozitivului. Componentele SIC de înaltă puritate minimizează contaminarea napolitanelor de siliciu sau a mediilor de proces.

Ⅱ. Aplicarea carburii de siliciu (SIC) ca substrat epitaxial

SiM-urile cu un singur cristal sunt materiale de substrat cheie pentru fabricarea dispozitivelor de alimentare SIC de înaltă performanță (cum ar fi MOSFETS, JFET, SBD) și dispozitive RF/Power Nitrură de galiu (GAN).

Scenarii și utilizări specifice pentru aplicații:

1) epitaxie sic-on-sic:

Utilizare: Pe un substrat de cristal unic de înaltă puritate SIC, un strat epitaxial SIC cu dopaj și grosime specific este cultivat de epitaxia vaporilor chimice (CVD) pentru a construi aria activă a dispozitivelor de alimentare SIC.

Valoarea aplicației: Conductivitatea termică excelentă a substratului SIC ajută dispozitivul să disipeze căldura, iar caracteristicile largi de bandă de bandă permit dispozitivului să reziste la funcționare de înaltă tensiune, temperatură ridicată și frecvență înaltă. Acest lucru face ca dispozitivele de alimentare SIC să funcționeze bine în vehiculele energetice noi (control electric, grămezi de încărcare), invertoare fotovoltaice, motoare industriale, rețele inteligente și alte câmpuri, îmbunătățind semnificativ eficiența sistemului și reducând dimensiunea și greutatea echipamentelor.

2) epitaxie gan-on-sic:

Utilizare: Substraturile SIC sunt ideale pentru creșterea straturilor epitaxiale GAN de înaltă calitate (în special pentru dispozitive RF de înaltă frecvență, de înaltă putere, cum ar fi HEMTS), datorită potrivirii lor bune de rețea cu GAN (în comparație cu safir și siliciu) și conductivității termice extrem de ridicate.

Valoarea aplicației: Substraturile SIC pot efectua eficient o cantitate mare de căldură generată de dispozitivele GAN în timpul funcționării pentru a asigura fiabilitatea și performanța dispozitivelor. Acest lucru face ca dispozitivele GAN-on-SIC să aibă avantaje de neînlocuit în stațiile de bază de comunicare 5G, sisteme radar, contramăsuri electronice și alte câmpuri.

Ⅲ. Aplicarea carburii de siliciu (SIC) ca acoperire

Acoperirile SIC sunt de obicei depuse pe suprafața substraturilor, cum ar fi grafitul, ceramica sau metalele prin metoda CVD pentru a da substratului proprietăți excelente.

Scenarii și utilizări specifice pentru aplicații:

1) Componente ale echipamentului de gravură cu plasmă:

Exemple de componente: capete de duș, garnituri de cameră, suprafețe ESC, inele de focalizare, ferestre de gravură.

Utilizări: Într-un mediu plasmatic, aceste componente sunt bombardate de ioni cu energie mare și gaze corozive. Acoperirile SIC protejează aceste componente critice de deteriorarea cu duritatea ridicată, stabilitatea chimică ridicată și rezistența la eroziunea plasmatică.

Valoarea aplicației: extindeți durata de viață a componentelor, reduceți particulele generate de eroziunea componentelor, îmbunătățiți stabilitatea și repetabilitatea procesului, reduceți costurile de întreținere și timpul de oprire și asigurați curățenia procesării plafonului.

2) Componente ale echipamentului de creștere epitaxială:

Exemple de componente: susceptitori/transportatori de wafer, elemente de încălzire.

Utilizări: În mediile de creștere epitaxială de înaltă puritate, acoperiri SIC (de obicei SIC de înaltă puritate) pot oferi o stabilitate excelentă la temperatură ridicată și o inerție chimică pentru a preveni reacția cu gazele de proces sau eliberarea de impurități.

Valoarea aplicației: Asigurați calitatea și puritatea stratului epitaxial, îmbunătățiți uniformitatea temperaturii și precizia controlului.

3) Alte componente ale echipamentelor de proces:

Exemple de componente: discuri de grafit ale echipamentelor MOCVD, bărci acoperite cu SIC (bărci pentru difuzie/oxidare).

Utilizări: Oferiți suprafețe rezistente la coroziune, rezistente la temperatură, rezistente la temperatură.

Valoarea aplicației: Îmbunătățirea fiabilității procesului și a duratei de viață a componentelor.

Ⅳ. Aplicarea carburii de siliciu (SIC) ca alte componente specifice produsului (alte componente specifice produsului)

Pe lângă faptul că este un substrat și acoperire, SIC în sine este, de asemenea, procesat direct în diverse componente de precizie, datorită performanței sale excelente cuprinzătoare.

Scenarii și utilizări specifice pentru aplicații:

1) Componente de manipulare și transfer de manevrare și transfer:

Exemple de componente: efectori de capăt robot, mușcături de vid, mâncăruri de margine, pini de ridicare.

Utilizare: Aceste componente necesită o rigiditate ridicată, rezistență ridicată la uzură, expansiune termică scăzută și puritate ridicată pentru a se asigura că nu sunt generate particule, fără zgârieturi de napolitane și nicio deformare din cauza schimbărilor de temperatură atunci când transportați napolitane cu viteză mare și precizie ridicată.

Valoarea aplicației: Îmbunătățirea fiabilității și curățeniei transmisiei de wafer, reduceți daunele plafonului și asigurați funcționarea stabilă a liniilor de producție automate.

2) Echipamente de proces de temperatură ridicată Piese structurale:

Exemple de componente: tuburi cuptor pentru difuzie/oxidare, bărci/cantilevers, tuburi de protecție a termocuplei, duze.

Aplicație: Utilizați rezistența la temperatură ridicată a SiC, rezistența la șoc termic, inerția chimică și caracteristicile scăzute de poluare.

Valoarea aplicației: Oferiți un mediu de proces stabil în oxidare la temperatură ridicată, difuzie, recoacere și alte procese, extindeți durata de viață a echipamentului și reduceți întreținerea.

3) Componente ceramice de precizie:

Exemple de componente: rulmenți, sigilii, ghiduri, plăci de scurgere.

Aplicație: Utilizați duritatea ridicată a SIC, rezistența la uzură, rezistența la coroziune și stabilitatea dimensională.

Valoarea aplicației: Performanță excelentă în unele componente mecanice care necesită o precizie ridicată, durată de viață lungă și rezistență la medii dure, cum ar fi unele componente utilizate în echipamentele CMP (lustruire mecanică chimică).

4) Componente optice:

Exemple de componente: oglinzi pentru optică cu raze X/raze X, ferestre optice.

Utilizări: rigiditatea ridicată a SIC, expansiunea termică scăzută, conductivitatea termică ridicată și poloneza îl fac un material ideal pentru fabricarea oglinzilor la scară largă, de înaltă stabilitate (în special în telescoape spațiale sau surse de radiații de sincrotron).

Valoarea aplicației: Oferă performanță optică excelentă și stabilitate dimensională în condiții extreme.