Apa itu kerentanan grafit berlapis SIC?

Gambar 1. Kerentanan grafit yang dilapisi SIC

1. Lapisan epitaxial dan peralatannya

Selama proses pembuatan wafer, kita perlu lebih membangun lapisan epitaxial di beberapa substrat wafer untuk memfasilitasi pembuatan perangkat. Epitaxy mengacu pada proses menumbuhkan kristal tunggal baru pada substrat kristal tunggal yang telah diproses dengan hati -hati dengan memotong, menggiling, dan pemolesan. Kristal tunggal baru dapat menjadi bahan yang sama dengan substrat, atau bahan yang berbeda (homoepitaxial atau heteroepitaxial). Karena lapisan kristal tunggal baru tumbuh di sepanjang fase kristal substrat, itu disebut lapisan epitaxial, dan pembuatan perangkat dilakukan pada lapisan epitaxial. 

Misalnya, aEpitaxial GaasLayer disiapkan pada substrat silikon untuk perangkat pemancar cahaya LED; AEpitaxial sicLayer ditanam pada substrat SIC konduktif untuk pembangunan SBD, MOSFET dan perangkat lain dalam aplikasi daya; Lapisan epitaxial GAN ​​dibangun pada substrat SIC semi-insulasi untuk lebih lanjut perangkat pembuatan seperti HEMT dalam aplikasi frekuensi radio seperti komunikasi. Parameter seperti ketebalan bahan epitaxial SIC dan konsentrasi pembawa latar belakang secara langsung menentukan berbagai sifat listrik dari perangkat SIC. Dalam proses ini, kami tidak dapat melakukannya tanpa peralatan uap kimia (CVD).

Gambar 2. Mode Pertumbuhan Film Epitaxial

2. Pentingnya Rentetan Grafit yang Dilapisi SIC dalam Peralatan CVD

Dalam peralatan CVD, kami tidak dapat menempatkan substrat secara langsung pada logam atau hanya pada dasar untuk pengendapan epitaxial, karena melibatkan banyak faktor seperti arah aliran gas (horizontal, vertikal), suhu, tekanan, fiksasi dan kontaminan. Oleh karena itu, kita perlu menggunakan kerentanan (Pengangkut Wafer) untuk menempatkan substrat pada baki dan menggunakan teknologi CVD untuk melakukan deposisi epitaxial di atasnya. Kerentanan ini adalah kerentanan grafit yang dilapisi SIC (juga disebut baki).

2.1 Penerapan kerentanan grafit yang dilapisi SiC dalam peralatan MOCVD

Kerentanan grafit yang dilapisi SIC memainkan peran penting dalamperalatan deposisi uap bahan kimia organik logam (MOCVD)untuk mendukung dan memanaskan substrat kristal tunggal. Stabilitas termal dan keseragaman termal dari kerentanan ini sangat penting untuk kualitas bahan epitaxial, sehingga dianggap sebagai komponen inti yang sangat diperlukan dalam peralatan MOCVD. Teknologi Deposisi Uap Metal Organik (MOCVD) saat ini banyak digunakan dalam pertumbuhan epitaxial film tipis GaN dalam LED biru karena memiliki keunggulan operasi sederhana, tingkat pertumbuhan yang dapat dikendalikan, dan kemurnian tinggi.

Sebagai salah satu komponen inti dalam peralatan MOCVD, vetek semikonduktor grafit kerentanan bertanggung jawab untuk mendukung dan memanaskan substrat kristal tunggal, yang secara langsung mempengaruhi keseragaman dan kemurnian bahan film tipis, dan dengan demikian terkait dengan kualitas persiapan wafer epitaxial. Ketika jumlah penggunaan meningkat dan lingkungan kerja berubah, kerentanan grafit cenderung dipakai dan karenanya diklasifikasikan sebagai konsumsi.

2.2. Karakteristik kerentanan grafit yang dilapisi SiC

Untuk memenuhi kebutuhan peralatan MOCVD, lapisan yang diperlukan untuk kerentanan grafit harus memiliki karakteristik spesifik untuk memenuhi standar berikut:

✔ Cakupan yang bagus: Lapisan SIC harus sepenuhnya menutupi kerentanan dan memiliki tingkat kepadatan yang tinggi untuk mencegah kerusakan di lingkungan gas korosif.

✔ Kekuatan ikatan yang tinggi: Lapisan harus terikat kuat pada rentan dan tidak mudah jatuh setelah beberapa siklus suhu tinggi dan suhu rendah.

✔ Stabilitas kimia yang baik: Lapisan harus memiliki stabilitas kimia yang baik untuk menghindari kegagalan dalam suhu tinggi dan atmosfer korosif.

2.3 Kesulitan dan Tantangan dalam Bahan Grafit dan Silikon Karbida yang Menyesuaikan

Silicon carbide (sic) berkinerja baik di atmosfer epitaxial GaN karena keunggulannya seperti ketahanan korosi, konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan guncangan termal dan stabilitas kimia yang baik. Koefisien ekspansi termal mirip dengan grafit, menjadikannya bahan yang disukai untuk pelapis kerentanan grafit.

Namun, bagaimanapun juga,grafitDansilikon karbidaadalah dua bahan yang berbeda, dan masih akan ada situasi di mana lapisan memiliki masa pakai yang singkat, mudah jatuh, dan meningkatkan biaya karena koefisien ekspansi termal yang berbeda. 

3. Teknologi Pelapisan SiC

3.1. Jenis SIC Umum

Saat ini, jenis SIC yang umum termasuk 3C, 4H dan 6H, dan berbagai jenis SIC cocok untuk tujuan yang berbeda. Sebagai contoh, 4H-SIC cocok untuk pembuatan perangkat berdaya tinggi, 6H-SIC relatif stabil dan dapat digunakan untuk perangkat optoelektronik, dan 3C-SIC dapat digunakan untuk menyiapkan lapisan epitaxial GaN dan pembuatan perangkat RF SIC-GAN karena struktur yang serupa dengan GAN. 3C-SIC juga umumnya disebut sebagai β-SIC, yang terutama digunakan untuk film tipis dan bahan pelapis. Oleh karena itu, β-SIC saat ini merupakan salah satu bahan utama untuk pelapis.

3.2.Lapisan silikon karbidametode persiapan

Ada banyak pilihan untuk persiapan pelapis silikon karbida, termasuk metode gel-sol, metode penyemprotan, metode penyemprotan balok ion, metode reaksi uap kimia (CVR) dan metode pengendapan uap kimia (CVD). Di antara mereka, metode deposisi uap kimia (CVD) saat ini merupakan teknologi utama untuk menyiapkan pelapis SiC. Metode ini menyimpan pelapisan SIC pada permukaan substrat melalui reaksi fase gas, yang memiliki keunggulan ikatan dekat antara lapisan dan substrat, meningkatkan resistensi oksidasi dan resistansi ablasi bahan substrat.

Metode sintering suhu tinggi, dengan menempatkan substrat grafit dalam bubuk embedding dan sintering pada suhu tinggi di bawah atmosfer lembam, akhirnya membentuk lapisan SiC pada permukaan substrat, yang disebut metode penyematan. Meskipun metode ini sederhana dan lapisan terikat erat dengan substrat, keseragaman lapisan dalam arah ketebalan buruk, dan lubang rentan muncul, yang mengurangi resistensi oksidasi.

✔ Metode penyemprotanMelibatkan penyemprotan bahan baku cair pada permukaan substrat grafit, dan kemudian memperkuat bahan baku pada suhu tertentu untuk membentuk lapisan. Meskipun metode ini berbiaya rendah, lapisannya terikat dengan lemah ke substrat, dan lapisan memiliki keseragaman yang buruk, ketebalan tipis, dan resistensi oksidasi yang buruk, dan biasanya membutuhkan perawatan tambahan.

✔ Teknologi penyemprotan sinar ionMenggunakan senjata balok ion untuk menyemprotkan bahan cair atau sebagian cair ke permukaan substrat grafit, yang kemudian memadat dan mengikat untuk membentuk lapisan. Meskipun operasinya sederhana dan dapat menghasilkan lapisan silikon karbida yang relatif padat, lapisannya mudah dipecahkan dan memiliki ketahanan oksidasi yang buruk. Biasanya digunakan untuk menyiapkan pelapis komposit SiC berkualitas tinggi.

Metode Sol-Gel, metode ini melibatkan persiapan larutan SOL yang seragam dan transparan, menerapkannya pada permukaan substrat, dan kemudian mengeringkan dan menyinter untuk membentuk lapisan. Meskipun operasinya sederhana dan biayanya rendah, lapisan yang disiapkan memiliki ketahanan guncangan termal yang rendah dan rentan terhadap retak, sehingga rentang aplikasinya terbatas.

✔ Teknologi Reaksi Uap Kimia (CVR): CVR menggunakan bubuk Si dan SiO2 untuk menghasilkan uap sio, dan membentuk lapisan sic berdasarkan reaksi kimia pada permukaan substrat bahan karbon. Meskipun lapisan yang terikat rapat dapat disiapkan, suhu reaksi yang lebih tinggi diperlukan dan biayanya tinggi.

✔ Deposisi Uap Kimia (CVD): CVD saat ini merupakan teknologi yang paling banyak digunakan untuk menyiapkan pelapis SIC, dan pelapis SIC dibentuk oleh reaksi fase gas pada permukaan substrat. Lapisan yang disiapkan dengan metode ini terikat erat dengan substrat, yang meningkatkan resistensi oksidasi substrat dan resistensi ablasi, tetapi membutuhkan waktu pengendapan yang lama, dan gas reaksi mungkin beracun.

Gambar 3. Diagram Depossi Uap Kimia

4. Persaingan pasar danItu semikonduktorInovasi teknologi

Di pasar substrat grafit yang dilapisi SIC, produsen asing dimulai sebelumnya, dengan keunggulan utama yang jelas dan pangsa pasar yang lebih tinggi. Secara internasional, XyCard di Belanda, SGL di Jerman, Toyo Tanso di Jepang, dan MEMC di Amerika Serikat adalah pemasok utama, dan mereka pada dasarnya memonopoli pasar internasional. Namun, Cina sekarang telah menerobos teknologi inti pelapis SIC yang tumbuh seragam di permukaan substrat grafit, dan kualitasnya telah diverifikasi oleh pelanggan domestik dan asing. Pada saat yang sama, ia juga memiliki keunggulan kompetitif tertentu dalam harga, yang dapat memenuhi persyaratan peralatan MOCVD untuk penggunaan substrat grafit yang dilapisi SiC. 

Itu semikonduktor telah terlibat dalam penelitian dan pengembangan di bidangPelapis sicselama lebih dari 20 tahun. Oleh karena itu, kami telah meluncurkan teknologi lapisan buffer yang sama dengan SGL. Melalui teknologi pemrosesan khusus, lapisan buffer dapat ditambahkan antara grafit dan silikon karbida untuk meningkatkan masa pakai lebih dari dua kali.