SiC kaplı grafit tutucu nedir?

Şekil 1.SiC kaplı grafit tutucu

1. Epitaksiyel katman ve ekipmanları

Gofret üretim süreci sırasında, cihazların üretimini kolaylaştırmak için bazı gofret alt katmanları üzerinde ayrıca bir epitaksiyel katman oluşturmamız gerekiyor. Epitaksi, kesme, taşlama ve cilalama yoluyla dikkatlice işlenmiş tek bir kristal alt tabaka üzerinde yeni bir tek kristalin büyütülmesi sürecini ifade eder. Yeni tek kristal, substratla aynı malzeme veya farklı bir malzeme (homoepitaksiyel veya heteroepitaksiyel) olabilir. Yeni tek kristal katman, substrat kristal fazı boyunca büyüdüğü için buna epitaksiyel katman adı verilir ve cihaz imalatı epitaksiyel katman üzerinde gerçekleştirilir. 

Örneğin, birGaAs epitaksiyelkatman, LED ışık yayan cihazlar için silikon bir alt tabaka üzerinde hazırlanır; ASiC epitaksiyelkatman, güç uygulamalarındaki SBD, MOSFET ve diğer cihazların yapımı için iletken bir SiC alt tabakası üzerinde büyütülür; İletişim gibi radyo frekansı uygulamalarında HEMT gibi cihazların daha da üretilmesi için yarı yalıtkan bir SiC alt tabakası üzerine bir GaN epitaksiyel katmanı inşa edilir. SiC epitaksiyel malzemelerin kalınlığı ve arka plandaki taşıyıcı konsantrasyonu gibi parametreler, SiC cihazlarının çeşitli elektriksel özelliklerini doğrudan belirler. Bu süreçte kimyasal buhar biriktirme (CVD) ekipmanı olmadan yapamayız.

Şekil 2. Epitaksiyel film büyüme modları

2. CVD ekipmanında SiC kaplı grafit tutucunun önemi

CVD ekipmanında, epitaksiyel biriktirme için alt tabakayı doğrudan metal üzerine veya basitçe bir taban üzerine yerleştiremeyiz çünkü bu, gaz akış yönü (yatay, dikey), sıcaklık, basınç, sabitleme ve kirletici maddeler gibi birçok faktörü içerir. Bu nedenle bir suseptör kullanmamız gerekiyor(gofret taşıyıcı) alt tabakayı bir tepsiye yerleştirmek ve üzerinde epitaksiyel biriktirme gerçekleştirmek için CVD teknolojisini kullanmak. Bu tutucu SiC kaplı grafit tutucudur (aynı zamanda tepsi olarak da adlandırılır).

2.1 MOCVD ekipmanında SiC kaplı grafit tutucunun uygulanması

SiC kaplı grafit tutucu önemli bir rol oynar.metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) ekipmanıTek kristal substratları desteklemek ve ısıtmak için. Bu suseptörün termal kararlılığı ve termal tekdüzeliği, epitaksiyel malzemelerin kalitesi açısından çok önemlidir, dolayısıyla MOCVD ekipmanında vazgeçilmez bir çekirdek bileşen olarak kabul edilir. Metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) teknolojisi, basit operasyon, kontrol edilebilir büyüme hızı ve yüksek saflık avantajlarına sahip olduğundan, GaN ince filmlerinin mavi LED'lerde epitaksiyel büyütülmesinde şu anda yaygın olarak kullanılmaktadır.

MOCVD ekipmanının temel bileşenlerinden biri olan Vetek yarı iletken grafit tutucu, ince film malzemelerinin tekdüzeliğini ve saflığını doğrudan etkileyen tek kristal substratların desteklenmesinden ve ısıtılmasından sorumludur ve dolayısıyla epitaksiyel levhaların hazırlanma kalitesiyle ilişkilidir. Kullanım sayısı arttıkça ve çalışma ortamı değiştikçe grafit tutucu aşınmaya yatkın hale gelir ve bu nedenle sarf malzemesi olarak sınıflandırılır.

2.2. SIC kaplı grafit tutucunun özellikleri

MOCVD ekipmanının ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla, grafit tutucu için gereken kaplamanın aşağıdaki standartları karşılayacak belirli özelliklere sahip olması gerekir:

✔  İyi kapsama alanı: Korozif gaz ortamında hasarı önlemek için SiC kaplamanın tutucuyu tamamen kaplaması ve yüksek yoğunluğa sahip olması gerekir.

✔  Yüksek yapışma gücü: Kaplama, suseptöre sıkı bir şekilde bağlanmalı ve birden fazla yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık döngüsünden sonra düşmesi kolay olmamalıdır.

✔  İyi kimyasal stabilite: Yüksek sıcaklık ve korozif atmosferlerde bozulmayı önlemek için kaplamanın kimyasal stabilitesi iyi olmalıdır.

2.3 Grafit ve silisyum karbür malzemeleri eşleştirmedeki zorluklar ve zorluklar

Silisyum karbür (SiC), korozyon direnci, yüksek termal iletkenlik, termal şok direnci ve iyi kimyasal stabilite gibi avantajları nedeniyle GaN epitaksiyel atmosferlerinde iyi performans gösterir. Termal genleşme katsayısı grafitinkine benzer, bu da onu grafit tutucu kaplamalar için tercih edilen malzeme haline getiriyor.

Ancak sonuçtagrafitVesilisyum karbürİki farklı malzeme vardır ve yine de kaplamanın kullanım ömrünün kısa olduğu, düşmesinin kolay olduğu ve farklı termal genleşme katsayıları nedeniyle maliyetleri arttırdığı durumlar olacaktır. 

3. SiC Kaplama teknolojisi

3.1. Yaygın SiC türleri

Şu anda yaygın SiC türleri arasında 3C, 4H ve 6H yer alır ve farklı SiC türleri farklı amaçlar için uygundur. Örneğin, 4H-SiC yüksek güçlü cihazların üretimi için uygundur, 6H-SiC nispeten kararlıdır ve optoelektronik cihazlar için kullanılabilir ve 3C-SiC, GaN epitaksiyel katmanları hazırlamak ve SiC-GaN RF cihazları üretmek için kullanılabilir. GaN'a benzer yapısı. 3C-SiC aynı zamanda genel olarak β-SiC olarak da anılır ve esas olarak ince filmler ve kaplama malzemeleri için kullanılır. Bu nedenle β-SiC şu anda kaplamalar için ana malzemelerden biridir.

3.2.Silisyum karbür kaplamahazırlama yöntemi

Silisyum karbür kaplamaların hazırlanması için jel-sol yöntemi, püskürtme yöntemi, iyon ışını püskürtme yöntemi, kimyasal buhar reaksiyon yöntemi (CVR) ve kimyasal buhar biriktirme yöntemi (CVD) dahil olmak üzere birçok seçenek vardır. Bunlar arasında, kimyasal buhar biriktirme yöntemi (CVD) şu anda SiC kaplamaların hazırlanmasında ana teknolojidir. Bu yöntem, kaplama ile alt tabaka arasında yakın bağlanma avantajlarına sahip olan ve alt tabaka malzemesinin oksidasyon direncini ve ablasyon direncini artıran gaz fazı reaksiyonu yoluyla alt tabakanın yüzeyine SiC kaplamaları biriktirir.

Yüksek sıcaklıkta sinterleme yöntemi, grafit alt tabakanın gömme tozuna yerleştirilmesi ve yüksek sıcaklıkta inert bir atmosfer altında sinterlenmesiyle son olarak alt tabakanın yüzeyinde gömme yöntemi olarak adlandırılan bir SiC kaplama oluşturur. Bu yöntem basit olmasına ve kaplamanın alt tabakaya sıkı bir şekilde bağlanmasına rağmen, kaplamanın kalınlık yönündeki tekdüzeliği zayıftır ve deliklerin ortaya çıkması muhtemeldir, bu da oksidasyon direncini azaltır.

✔  Püskürtme yöntemiGrafit substratın yüzeyine sıvı hammaddelerin püskürtülmesini ve daha sonra bir kaplama oluşturmak için hammaddelerin belirli bir sıcaklıkta katılaştırılmasını içerir. Bu yöntem düşük maliyetli olmasına rağmen kaplama alt tabakaya zayıf bir şekilde bağlanır ve kaplama zayıf bir tekdüzeliğe, ince kalınlığa ve zayıf oksidasyon direncine sahiptir ve genellikle ek işlem gerektirir.

✔  İyon ışını püskürtme teknolojisiErimiş veya kısmen erimiş malzemeyi bir grafit alt tabakanın yüzeyine püskürtmek için bir iyon ışın tabancası kullanır; bu daha sonra katılaşarak bir kaplama oluşturmak üzere bağlanır. İşlem basit olmasına ve nispeten yoğun bir silisyum karbür kaplama üretebilmesine rağmen kaplamanın kırılması kolaydır ve oksidasyon direnci zayıftır. Genellikle yüksek kaliteli SiC kompozit kaplamaların hazırlanmasında kullanılır.

✔ Sol-jel yöntemiBu yöntem, tekdüze ve şeffaf bir sol çözeltisinin hazırlanmasını, bunun alt tabakanın yüzeyine uygulanmasını ve ardından kurutularak bir kaplama oluşturmak üzere sinterlenmesini içerir. Operasyonu basit ve maliyeti düşük olmasına rağmen hazırlanan kaplamanın termal şok direnci düşük ve çatlamaya yatkın olduğundan uygulama aralığı sınırlıdır.

✔ Kimyasal buhar reaksiyon teknolojisi (CVR): CVR, SiO buharı oluşturmak için Si ve SiO2 tozunu kullanır ve karbon malzeme alt katmanının yüzeyinde kimyasal reaksiyonla bir SiC kaplama oluşturur. Sıkıca bağlanan bir kaplama hazırlanabilse de daha yüksek reaksiyon sıcaklığı gerekir ve maliyeti yüksektir.

✔  Kimyasal buhar biriktirme (CVD): CVD şu anda SiC kaplamaların hazırlanmasında en yaygın kullanılan teknolojidir ve SiC kaplamalar, alt tabakanın yüzeyinde gaz fazı reaksiyonları ile oluşturulur. Bu yöntemle hazırlanan kaplama, alt tabakaya sıkı bir şekilde bağlanır, bu da alt tabakanın oksidasyon direncini ve ablasyon direncini artırır, ancak uzun bir biriktirme süresi gerektirir ve reaksiyon gazı toksik olabilir.

Şekil 3.Kimyasal buhar biriktirme diyagramı

4. Pazar rekabeti veVetek Yarıiletkenteknolojik yenilik

SiC kaplamalı grafit alt tabaka pazarında, yabancı üreticiler bariz lider avantajlara ve daha yüksek pazar payına sahip olarak daha erken başladılar. Uluslararası alanda, Hollanda'da Xycard, Almanya'da SGL, Japonya'da Toyo Tanso ve Amerika Birleşik Devletleri'nde MEMC ana tedarikçilerdir ve temelde uluslararası pazarı tekeline alırlar. Ancak Çin artık grafit alt tabakaların yüzeyinde eşit şekilde büyüyen SiC kaplamaların temel teknolojisini aştı ve kalitesi yerli ve yabancı müşteriler tarafından doğrulandı. Aynı zamanda, MOCVD ekipmanının SiC kaplı grafit alt tabakaların kullanımına yönelik gereksinimlerini karşılayabilecek fiyat açısından da belirli rekabet avantajlarına sahiptir. 

Vetek yarıiletken alanında araştırma ve geliştirme faaliyetleri yürütmektedir.SiC kaplamalar20 yıldan fazla bir süredir. Bu nedenle SGL ile aynı tampon katman teknolojisini piyasaya sürdük. Özel işleme teknolojisi sayesinde, servis ömrünü iki kattan fazla artırmak için grafit ve silisyum karbür arasına bir tampon katman eklenebilir.