Bahan epitaks silikon karbida

Silikon karbida, dengan formula kimia, adalah bahan semikonduktor senyawa yang dibentuk oleh ikatan kovalen yang kuat antara elemen silikon (Si) dan karbon (C). Dengan sifat fisik dan kimianya yang sangat baik, ia memainkan peran yang semakin penting dalam banyak bidang industri, terutama dalam proses manufaktur semikonduktor yang menuntut.

Ⅰ. Sifat fisik inti silikon karbida (sic)

Memahami sifat fisik SIC adalah dasar untuk memahami nilai aplikasinya:

1) Kekerasan Tinggi:

Kekerasan Mohs SIC adalah sekitar 9-9.5, kedua setelah berlian. Ini berarti bahwa ia memiliki keausan dan ketahanan goresan yang sangat baik.

Nilai Aplikasi: Dalam pemrosesan semikonduktor, ini berarti bahwa bagian -bagian yang terbuat dari SIC (seperti lengan robot, chucks, cakram gerinda) memiliki umur yang lebih lama, mengurangi generasi partikel yang disebabkan oleh keausan, dan dengan demikian meningkatkan kebersihan dan stabilitas proses.

2) Sifat termal yang sangat baik:

● Konduktivitas termal tinggi: 

Konduktivitas termal SIC jauh lebih tinggi daripada bahan silikon tradisional dan banyak logam (hingga 300−490W/(M⋅K) pada suhu kamar, tergantung pada bentuk dan kemurnian kristal).

Nilai Aplikasi: Ini dapat menghilangkan panas dengan cepat dan efisien. Ini sangat penting untuk disipasi panas perangkat semikonduktor berdaya tinggi, yang dapat mencegah perangkat menjadi terlalu panas dan gagal, dan meningkatkan keandalan dan kinerja perangkat. Dalam peralatan proses, seperti pemanas atau pelat pendingin, konduktivitas termal yang tinggi memastikan keseragaman suhu dan respons yang cepat.

● Koefisien ekspansi termal rendah: SIC memiliki sedikit perubahan dimensi pada kisaran suhu yang luas.

Nilai Aplikasi: Dalam proses semikonduktor yang mengalami perubahan suhu drastis (seperti anil termal cepat), bagian SIC dapat mempertahankan bentuk dan akurasi dimensi, mengurangi stres dan deformasi yang disebabkan oleh ketidakcocokan termal, dan memastikan akurasi pemrosesan dan hasil perangkat.

● Stabilitas termal yang sangat baik: SIC dapat mempertahankan struktur dan stabilitas kinerjanya pada suhu tinggi, dan dapat menahan suhu hingga 1600 ∘C atau bahkan lebih tinggi di atmosfer lembam.

Nilai aplikasi: Cocok untuk lingkungan proses suhu tinggi seperti pertumbuhan epitaxial, oksidasi, difusi, dll., Dan tidak mudah untuk menguraikan atau bereaksi dengan zat lain.

● Resistensi kejut termal yang baik: mampu menahan perubahan suhu yang cepat tanpa retak atau kerusakan.

Nilai Aplikasi: Komponen SIC lebih tahan lama dalam langkah -langkah proses yang membutuhkan kenaikan dan jatuh suhu yang cepat.

3） Sifat listrik superior (terutama untuk perangkat semikonduktor):

● Pita lebar: Pita SIC adalah sekitar tiga kali lipat dari silikon (SI) (misalnya, 4H-SIC adalah sekitar 3,26EV dan SI sekitar 1,12EV).

Nilai aplikasi:

Suhu operasi yang tinggi: Pita lebar membuat konsentrasi pembawa intrinsik perangkat SiC masih sangat rendah pada suhu tinggi, sehingga dapat beroperasi pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada perangkat silikon (hingga 300∘C atau lebih).

Medan listrik kerusakan tinggi: Kekuatan medan listrik kerusakan SIC hampir 10 kali lipat dari silikon. Ini berarti bahwa pada tingkat resistansi tegangan yang sama, perangkat SIC dapat dibuat lebih tipis dan resistansi daerah drift lebih kecil, sehingga mengurangi kerugian konduksi.

Resistansi radiasi yang kuat: Pita lebar juga membuatnya memiliki resistensi radiasi yang lebih baik dan cocok untuk lingkungan khusus seperti kedirgantaraan.

● Kecepatan drift elektron saturasi tinggi: Kecepatan drift elektron saturasi SiC adalah dua kali lipat dari silikon.

Nilai Aplikasi: Ini memungkinkan perangkat SiC untuk beroperasi pada frekuensi switching yang lebih tinggi, yang bermanfaat untuk mengurangi volume dan berat komponen pasif seperti induktor dan kapasitor dalam sistem dan meningkatkan kepadatan daya sistem.

4） Stabilitas kimia yang sangat baik:

SIC memiliki ketahanan korosi yang kuat dan tidak bereaksi dengan sebagian besar asam, basa atau garam cair pada suhu kamar. Itu bereaksi dengan oksidan kuat tertentu atau basis cair hanya pada suhu tinggi.

Nilai aplikasi: Dalam proses yang melibatkan bahan kimia korosif seperti etsa dan pembersihan basah semikonduktor, komponen SiC (seperti kapal, pipa, dan nozel) memiliki masa pakai layanan yang lebih lama dan risiko kontaminasi yang lebih rendah. Dalam proses kering seperti etsa plasma, toleransinya terhadap plasma juga lebih baik daripada banyak bahan tradisional.

5）Kemurnian tinggi (dapat dicapai dengan kemurnian tinggi):

Bahan SIC dengan kemurnian tinggi dapat disiapkan dengan metode seperti Deposisi Uap Kimia (CVD).

Nilai Pengguna: Dalam manufaktur semikonduktor, kemurnian material sangat penting, dan pengotor dapat memengaruhi kinerja dan hasil perangkat. Komponen SIC dengan kemurnian tinggi meminimalkan kontaminasi wafer silikon atau lingkungan proses.

Ⅱ. Aplikasi silikon karbida (sic) sebagai substrat epitaxial

SIC Single Crystal Wafers adalah bahan substrat utama untuk pembuatan perangkat daya SIC berkinerja tinggi (seperti MOSFET, JFET, SBD) dan perangkat Gallium nitride (Gan) RF/Power.

Skenario dan Penggunaan Aplikasi Spesifik:

1) epitaks sic-on-sic:

Penggunaan: Pada substrat kristal tunggal SIC tinggi, lapisan epitaxial SiC dengan doping dan ketebalan spesifik ditanam oleh kimia uap epitaxy (CVD) untuk membangun area aktif perangkat daya SiC.

Nilai Aplikasi: Konduktivitas termal yang sangat baik dari substrat SIC membantu perangkat untuk menghilangkan panas, dan karakteristik celah pita yang luas memungkinkan perangkat untuk menahan tegangan tinggi, suhu tinggi dan operasi frekuensi tinggi. Hal ini membuat perangkat daya SIC berkinerja baik di kendaraan energi baru (kontrol listrik, tumpukan pengisian daya), inverter fotovoltaik, drive motor industri, jaringan pintar dan bidang lainnya, secara signifikan meningkatkan efisiensi sistem dan mengurangi ukuran dan berat peralatan.

2) Epitaks Gan-on-SIC:

Penggunaan: Substrat SiC sangat ideal untuk menumbuhkan lapisan epitaxial GaN berkualitas tinggi (terutama untuk frekuensi tinggi, perangkat RF berdaya tinggi seperti Hemts) karena pencocokan kisi yang baik dengan GAN (dibandingkan dengan safir dan silikon) dan konduktivitas termal yang sangat tinggi.

Nilai Aplikasi: Substrat SIC dapat secara efektif melakukan sejumlah besar panas yang dihasilkan oleh perangkat GAN selama operasi untuk memastikan keandalan dan kinerja perangkat. Hal ini membuat perangkat Gan-on-SIC memiliki keunggulan yang tak tergantikan di stasiun pangkalan komunikasi 5G, sistem radar, penanggulangan elektronik dan bidang lainnya.

Ⅲ. Aplikasi silikon karbida (sic) sebagai lapisan

Pelapis SIC biasanya diendapkan pada permukaan substrat seperti grafit, keramik atau logam dengan metode CVD untuk memberikan sifat substrat SiC yang sangat baik.

Skenario dan Penggunaan Aplikasi Spesifik:

1) Komponen Peralatan Etsa Plasma:

Contoh komponen: pancuran, liner ruang, permukaan ESC, cincin fokus, jendela etsa.

Penggunaan: Dalam lingkungan plasma, komponen-komponen ini dibombardir oleh ion berenergi tinggi dan gas korosif. Pelapisan SIC melindungi komponen -komponen penting ini dari kerusakan dengan kekerasan tinggi, stabilitas kimia yang tinggi, dan ketahanan terhadap erosi plasma.

Nilai Aplikasi: Perpanjang umur komponen, kurangi partikel yang dihasilkan oleh erosi komponen, meningkatkan stabilitas proses dan pengulangan, mengurangi biaya perawatan dan downtime, dan memastikan kebersihan pemrosesan wafer.

2) Komponen Peralatan Pertumbuhan Epitaxial:

Contoh komponen: pembawa rentan/wafer, elemen pemanas.

Penggunaan: Dalam lingkungan pertumbuhan epitaxial suhu tinggi, kemurnian tinggi, pelapis SiC (biasanya SIC dengan kemurnian tinggi) dapat memberikan stabilitas suhu tinggi yang sangat baik dan inertness kimia untuk mencegah reaksi dengan gas proses atau pelepasan kotoran.

Nilai Aplikasi: Pastikan kualitas dan kemurnian lapisan epitaxial, tingkatkan keseragaman suhu dan akurasi kontrol.

3) Komponen Peralatan Proses Lainnya:

Contoh Komponen: Disk grafit peralatan MOCVD, kapal yang dilapisi SiC (kapal untuk difusi/oksidasi).

PENGGUNAAN: Menyediakan permukaan yang tahan korosi, tahan tinggi, dan tahan-tinggi.

Nilai Aplikasi: Meningkatkan Keandalan Proses dan Kehidupan Komponen.

Ⅳ. Aplikasi silikon karbida (sic) sebagai komponen produk spesifik lainnya (komponen produk spesifik lainnya)

Selain menjadi substrat dan pelapisan, SiC sendiri juga secara langsung diproses menjadi berbagai komponen presisi karena kinerja komprehensifnya yang sangat baik.

Skenario dan Penggunaan Aplikasi Spesifik:

1) Komponen Penanganan dan Transfer Wafer:

Contoh komponen: efektor akhir robot, chucks vakum, genggaman tepi, pin angkat.

Penggunaan: Komponen -komponen ini membutuhkan kekakuan tinggi, ketahanan aus yang tinggi, ekspansi termal rendah dan kemurnian tinggi untuk memastikan bahwa tidak ada partikel yang dihasilkan, tidak ada goresan wafer, dan tidak ada deformasi karena perubahan suhu saat mengangkut wafer pada kecepatan tinggi dan presisi tinggi.

Nilai Aplikasi: Meningkatkan keandalan dan kebersihan transmisi wafer, mengurangi kerusakan wafer, dan memastikan pengoperasian yang stabil dari jalur produksi otomatis.

2) Bagian Struktural Peralatan Proses Suhu Tinggi:

Contoh komponen: tabung tungku untuk difusi/oksidasi, kapal/kantilever, tabung perlindungan termokopel, nozel.

Aplikasi: Memanfaatkan kekuatan suhu tinggi SIC, ketahanan guncangan termal, inertness kimia dan karakteristik polusi yang rendah.

Nilai Aplikasi: Menyediakan lingkungan proses yang stabil dalam oksidasi suhu tinggi, difusi, anil dan proses lainnya, memperpanjang umur peralatan dan mengurangi pemeliharaan.

3) Komponen keramik presisi:

Contoh Komponen: Bantalan, segel, panduan, pelat menjepit.

Aplikasi: Memanfaatkan kekerasan tinggi SIC, ketahanan aus, ketahanan korosi dan stabilitas dimensi.

Nilai Aplikasi: Kinerja yang sangat baik dalam beberapa komponen mekanis yang membutuhkan presisi tinggi, umur panjang dan ketahanan terhadap lingkungan yang keras, seperti beberapa komponen yang digunakan dalam peralatan CMP (pemolesan mekanik kimia).

4) Komponen Optik:

Contoh Komponen: Mirror untuk Optik UV/X-Ray, Windows Optik.

Penggunaan: Kekakuan tinggi SIC, ekspansi termal rendah, konduktivitas termal tinggi dan kemampuan memoles menjadikannya bahan yang ideal untuk pembuatan cermin skala besar, stabilitas tinggi (terutama di teleskop ruang angkasa atau sumber radiasi synchrotron).

Nilai Aplikasi: Memberikan kinerja optik yang sangat baik dan stabilitas dimensi dalam kondisi ekstrem.