Ce este susceptorul de grafit acoperit cu SIC?

FIGURA 1. Susceptor de grafit acoperit cu sistem

1. Stratul epitaxial și echipamentul său

În timpul procesului de fabricație a plafonului, trebuie să construim în continuare un strat epitaxial pe unele substraturi de placă pentru a facilita fabricarea dispozitivelor. Epitaxia se referă la procesul de creștere a unui nou cristal pe un singur substrat de cristal care a fost procesat cu atenție prin tăiere, măcinare și lustruire. Noul cristal unic poate fi același material ca substratul sau un material diferit (homoepitaxial sau heteroepitaxial). Deoarece noul strat de cristal unic crește de -a lungul fazei de cristal al substratului, acesta se numește strat epitaxial, iar fabricarea dispozitivului este realizată pe stratul epitaxial. 

De exemplu, aGaAs EpitaxialStratul este preparat pe un substrat de siliciu pentru dispozitive cu emisii de lumină LED; oSIC epitaxialStratul este cultivat pe un substrat SIC conductiv pentru construcția SBD, MOSFET și alte dispozitive în aplicații de energie electrică; Un strat epitaxial GaN este construit pe un substrat SIC semi-izolant pentru a fabrica în continuare dispozitive, cum ar fi HEMT, în aplicațiile de frecvență radio, cum ar fi comunicațiile. Parametri, cum ar fi grosimea materialelor epitaxiale SiC și concentrația purtătorului de fundal determină direct diferitele proprietăți electrice ale dispozitivelor SIC. În acest proces, nu putem face fără echipamente de depunere a vaporilor chimici (CVD).

Figura 2. Moduri de creștere a filmului epitaxial

2. Importanța susceptitorului de grafit acoperit cu sic în echipamentele CVD

În echipamentele CVD, nu putem așeza substratul direct pe metal sau pur și simplu pe o bază pentru depunerea epitaxială, deoarece implică mulți factori, cum ar fi direcția debitului de gaz (orizontală, verticală), temperatură, presiune, fixare și contaminanți. Prin urmare, trebuie să folosim un susceptor (Transportator de wafer) pentru a plasa substratul pe o tavă și pentru a utiliza tehnologia CVD pentru a efectua depunerea epitaxială pe ea. Acest susceptor este susceptorul de grafit acoperit cu sic (numit și o tavă).

2.1 Aplicarea susceptitorului de grafit acoperit SIC în echipamentele MOCVD

Susceptorul de grafit acoperit cu sic joacă un rol cheie înEchipament de depunere de vapori chimici din metal (MOCVD)Pentru a sprijini și încălzi substraturile cu un singur cristal. Stabilitatea termică și uniformitatea termică a acestui susceptor sunt cruciale pentru calitatea materialelor epitaxiale, astfel încât este considerată o componentă de bază indispensabilă în echipamentele MOCVD. Tehnologia de depunere de vapori chimici organici metalici (MOCVD) este utilizată în prezent pe scară largă în creșterea epitaxială a filmelor subțiri GAN în LED -uri albastre, deoarece are avantajele funcționării simple, a ratei de creștere controlabile și a purității ridicate.

Ca unul dintre componentele de bază ale echipamentelor MOCVD, susceptatorul de grafit semiconductor Vetek este responsabil pentru susținerea și încălzirea substraturilor cu un singur cristal, ceea ce afectează în mod direct uniformitatea și puritatea materialelor cu film subțire și, prin urmare, este legată de calitatea de preparare a napolitanelor epitaxiale. Pe măsură ce numărul de utilizări crește și se schimbă mediul de lucru, susceptorul de grafit este predispus la uzură și, prin urmare, este clasificat ca consumabil.

2.2. Caracteristicile susceptitorului de grafit acoperit cu sic

Pentru a răspunde nevoilor echipamentelor MOCVD, acoperirea necesară pentru susceptorul de grafit trebuie să aibă caracteristici specifice pentru a îndeplini următoarele standarde:

✔ Acoperire bună: Acoperirea SIC trebuie să acopere complet susceptitorul și să aibă un grad ridicat de densitate pentru a preveni deteriorarea într -un mediu de gaz coroziv.

✔ Putere mare de legare: Acoperirea trebuie să fie ferm legată de susceptor și nu ușor să cadă după mai multe cicluri de temperatură ridicată și temperatură scăzută.

✔ Stabilitatea chimică bună: Acoperirea trebuie să aibă o stabilitate chimică bună pentru a evita eșecul la temperaturi ridicate și atmosfere corozive.

2.3 Dificultăți și provocări în potrivirea materialelor de grafit și carbură de siliciu

Carbura de siliciu (SIC) funcționează bine în atmosferele epitaxiale GAN datorită avantajelor sale, cum ar fi rezistența la coroziune, conductivitatea termică ridicată, rezistența la șoc termic și o bună stabilitate chimică. Coeficientul său de expansiune termică este similar cu cel al grafitului, ceea ce îl face materialul preferat pentru acoperirile cu susceptitori de grafit.

Cu toate acestea, până la urmă,grafitşiCarbură de siliciusunt două materiale diferite și vor mai exista situații în care acoperirea are o durată de viață scurtă, este ușor de căzut și crește costurile din cauza coeficienților de expansiune termică diferiți. 

3. Tehnologie de acoperire SIC

3.1. Tipuri comune de sic

În prezent, tipurile comune de SIC includ 3C, 4H și 6H și diferite tipuri de SIC sunt potrivite în scopuri diferite. De exemplu, 4H-SIC este potrivit pentru fabricarea dispozitivelor de mare putere, 6H-SIC este relativ stabil și poate fi utilizat pentru dispozitive optoelectronice, iar 3C-SIC poate fi utilizat pentru a pregăti straturile epitaxiale GAN și pentru a fabrica dispozitive RF SIC-Gan datorită structurii sale similare cu GAN. 3C-SIC este, de asemenea, denumit în mod obișnuit β-SIC, care este utilizat în principal pentru filme subțiri și materiale de acoperire. Prin urmare, β-SIC este în prezent unul dintre principalele materiale pentru acoperiri.

3.2.Acoperire cu carbură de siliciuMetoda de pregătire

Există multe opțiuni pentru prepararea acoperirilor cu carbură de siliciu, inclusiv metoda gel-sol, metoda de pulverizare, metoda de pulverizare a fasciculului ionic, metoda de reacție a vaporilor chimici (CVR) și metoda de depunere a vaporilor chimici (CVD). Printre aceștia, metoda de depunere a vaporilor chimici (CVD) este în prezent principala tehnologie pentru pregătirea acoperirilor SIC. Această metodă depune acoperiri SIC pe suprafața substratului prin reacția în faza gazoasă, care are avantajele lipirii strânse între acoperire și substrat, îmbunătățind rezistența la oxidare și rezistența de ablație a materialului substrat.

Metoda de sinterizare la temperaturi ridicate, prin plasarea substratului de grafit în pulberea de încorporare și sinterizarea acesteia la temperaturi ridicate sub o atmosferă inertă, formează în sfârșit o acoperire SIC pe suprafața substratului, care se numește metodă de încorporare. Deși această metodă este simplă, iar acoperirea este strâns legată de substrat, uniformitatea acoperirii în direcția de grosime este slabă, iar găurile sunt predispuse să apară, ceea ce reduce rezistența la oxidare.

✔ Metoda de pulverizareImplică pulverizarea materiilor prime lichide pe suprafața substratului de grafit și apoi solidificarea materiilor prime la o temperatură specifică pentru a forma o acoperire. Deși această metodă este low-cost, acoperirea este slab legată de substrat, iar acoperirea are o uniformitate slabă, o grosime subțire și o rezistență slabă de oxidare și, de obicei, necesită tratament suplimentar.

✔ Tehnologia de pulverizare a fasciculului ionicFolosește un pistol cu ​​fascicul ionic pentru a pulveriza materialul topit sau parțial topit pe suprafața unui substrat de grafit, care apoi solidifică și se leagă pentru a forma o acoperire. Deși operația este simplă și poate produce o acoperire relativ densă de carbură de siliciu, acoperirea este ușor de rupt și are o rezistență slabă de oxidare. De obicei este utilizat pentru a pregăti acoperiri compozite SIC de înaltă calitate.

✔ Metoda sol-gel, această metodă implică pregătirea unei soluții SOL uniforme și transparente, aplicarea acesteia pe suprafața substratului, apoi uscarea și sinterizarea pentru a forma o acoperire. Deși operația este simplă și costul este scăzut, acoperirea preparată are o rezistență la șoc termică scăzută și este predispusă la fisurare, astfel încât gama sa de aplicații este limitată.

✔ Tehnologia de reacție a vaporilor chimici (CVR): CVR folosește pulbere Si și SiO2 pentru a genera vapori SiO și formează o acoperire SiC prin reacție chimică pe suprafața substratului de material carbon. Deși poate fi preparată o acoperire strâns legată, este necesară o temperatură de reacție mai mare și costul este ridicat.

✔ Depunerea de vapori chimici (CVD): CVD este în prezent cea mai utilizată tehnologie pentru prepararea acoperirilor SIC, iar acoperirile SIC sunt formate prin reacții în faza gazoasă pe suprafața substratului. Acoperirea pregătită prin această metodă este strâns legată de substrat, ceea ce îmbunătățește rezistența la oxidare a substratului și rezistența la ablație, dar necesită un timp de depunere lung, iar gazul de reacție poate fi toxic.

Figura 3. Diagrama de depozitare a vaporilor chimici

4. Concurență de piață șiSemiconductorInovația tehnologică

Pe piața substratului de grafit acoperit SIC, producătorii străini au început mai devreme, cu avantaje de vârf evidente și o cotă de piață mai mare. Pe plan internațional, Xycard în Olanda, SGL în Germania, Toyo Tanso în Japonia și MEMC în Statele Unite sunt furnizori mainstream și, practic, monopolizează piața internațională. Cu toate acestea, China a trecut acum tehnologia de bază a acoperirilor SIC în creștere uniformă pe suprafața substraturilor de grafit, iar calitatea sa a fost verificată de clienții interni și străini. În același timp, are, de asemenea, anumite avantaje competitive ale prețului, care pot îndeplini cerințele echipamentelor MOCVD pentru utilizarea substraturilor de grafit acoperite cu SIC. 

Semiconductor a fost angajat în cercetare și dezvoltare în domeniul domeniuluiAcoperiri sicde mai bine de 20 de ani. Prin urmare, am lansat aceeași tehnologie de strat tampon ca SGL. Prin tehnologie specială de procesare, se poate adăuga un strat tampon între grafit și carbură de siliciu pentru a crește durata de viață de mai mult de două ori.