SiC қапталған графит сезімталдығы дегеніміз не?

Сурет 1.SiC қапталған графит сенсоры

1. Эпитаксиалды қабат және оның аппаратурасы

Вафельді өндіру процесінде құрылғыларды өндіруді жеңілдету үшін кейбір пластиналар субстраттарында эпитаксиалды қабатты одан әрі салу керек. Эпитаксия кесу, ұнтақтау және жылтырату арқылы мұқият өңделген бір кристалды субстратта жаңа монокристалды өсіру процесін білдіреді. Жаңа монокристалл субстратпен бірдей материал немесе басқа материал (гомоепитаксиалды немесе гетероэпитаксиалды) болуы мүмкін. Жаңа монокристалды қабат субстраттың кристалдық фазасы бойымен өсетіндіктен, оны эпитаксиалды қабат деп атайды, ал құрылғыны жасау эпитаксиалды қабатта жүзеге асырылады. 

Мысалы, аGaAs эпитаксиалдықабат жарықдиодты жарық шығаратын құрылғылар үшін кремний субстратында дайындалады; аSiC эпитаксиалдықабат SBD, MOSFET және электр қуатын қолданудағы басқа құрылғыларды салу үшін өткізгіш SiC субстратында өсіріледі; GaN эпитаксиалды қабаты байланыс сияқты радиожиілік қолданбаларында HEMT сияқты құрылғыларды одан әрі өндіру үшін жартылай оқшаулағыш SiC субстратында салынған. SiC эпитаксиалды материалдарының қалыңдығы және фондық тасымалдаушы концентрациясы сияқты параметрлер SiC құрылғыларының әртүрлі электрлік қасиеттерін тікелей анықтайды. Бұл процесте химиялық буларды тұндыру (CVD) жабдықтарынсыз жасай алмаймыз.

Сурет 2. Эпитаксиалды қабықшаның өсу режимдері

2. CVD жабдығында SiC қапталған графит сенсорының маңызы

CVD жабдығында біз субстратты тікелей металға немесе жай ғана эпитаксиалды тұндыру үшін негізге қоя алмаймыз, өйткені ол газ ағынының бағыты (көлденең, тік), температура, қысым, бекіту және ластаушы заттар сияқты көптеген факторларды қамтиды. Сондықтан бізге сенсорды қолдану керек(вафельді тасымалдаушы) субстратты науаға орналастыру және оған эпитаксиалды тұндыру жүргізу үшін CVD технологиясын пайдалану. Бұл қабылдағыш SiC қапталған графит сенсоры (науа деп те аталады).

2.1 MOCVD жабдығында SiC жабынымен қапталған графит сенсорын қолдану

SiC қапталған графит сенсоры негізгі рөл атқарадыметаллорганикалық химиялық буларды тұндыру (MOCVD) жабдығымонокристалды субстраттарды қолдау және жылыту үшін. Бұл сенсордың термиялық тұрақтылығы мен термиялық біркелкілігі эпитаксиалды материалдардың сапасы үшін өте маңызды, сондықтан ол MOCVD жабдығында таптырмас негізгі компонент ретінде қарастырылады. Металл органикалық химиялық буларды тұндыру (MOCVD) технологиясы қазіргі уақытта көгілдір жарықдиодты шамдардағы GaN жұқа қабықшаларының эпитаксиалды өсуінде кеңінен қолданылады, өйткені оның қарапайым жұмысының, бақыланатын өсу жылдамдығының және жоғары тазалықтың артықшылықтары бар.

MOCVD жабдығының негізгі компоненттерінің бірі ретінде Vetek жартылай өткізгіш графит сенсоры жұқа пленкалық материалдардың біркелкілігі мен тазалығына тікелей әсер ететін монокристалды негіздерді қолдауға және қыздыруға жауап береді, осылайша эпитаксиалды пластиналарды дайындау сапасына қатысты. Қолданулар саны артып, жұмыс ортасы өзгерген сайын графит қабылдағыш тозуға бейім, сондықтан шығын материалы ретінде жіктеледі.

2.2. SIC жабындысы бар графит сенсорының сипаттамалары

MOCVD жабдығының қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін графит қабылдағышқа қажетті жабын келесі стандарттарға сәйкес келетін нақты сипаттамаларға ие болуы керек:

✔  Жақсы қамту: SiC жабыны тотықтырғышты толығымен жабуы және коррозиялық газ ортасында зақымдануды болдырмау үшін жоғары тығыздық дәрежесіне ие болуы керек.

✔  Жоғары жабысу беріктігі: Қаптау қабылдағышқа мықтап жабыстырылуы керек және жоғары температура мен төмен температураның бірнеше циклінен кейін оңай құлап кетпеуі керек.

✔  Жақсы химиялық тұрақтылық: Жоғары температура мен коррозиялық атмосферада бұзылуды болдырмау үшін жабын жақсы химиялық тұрақтылыққа ие болуы керек.

2.3 Графит пен кремний карбиді материалдарын сәйкестендірудегі қиындықтар мен қиындықтар

Кремний карбиді (SiC) коррозияға төзімділік, жоғары жылу өткізгіштік, термиялық соққыға төзімділік және жақсы химиялық тұрақтылық сияқты артықшылықтарының арқасында GaN эпитаксиалды атмосферада жақсы жұмыс істейді. Оның термиялық кеңею коэффициенті графитке ұқсас, бұл оны графитке төзімді жабындар үшін қолайлы материал етеді.

Алайда, ақыр соңында,графитжәнекремний карбидіекі түрлі материал болып табылады және жабынның қызмет ету мерзімі қысқа болатын, оңай құлап кететін және әртүрлі термиялық кеңею коэффициенттеріне байланысты шығындарды арттыратын жағдайлар әлі де болады. 

3. SiC жабу технологиясы

3.1. SiC жиі кездесетін түрлері

Қазіргі уақытта SiC кең таралған түрлеріне 3C, 4H және 6H жатады, ал SiC әртүрлі түрлері әртүрлі мақсаттарға жарамды. Мысалы, 4H-SiC жоғары қуатты құрылғыларды өндіруге жарамды, 6H-SiC салыстырмалы түрде тұрақты және оптоэлектронды құрылғылар үшін пайдаланылуы мүмкін, ал 3C-SiC GaN эпитаксиалды қабаттарын дайындау және SiC-GaN RF құрылғыларын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. оның құрылымы GaN ұқсас. 3C-SiC әдетте β-SiC деп те аталады, ол негізінен жұқа қабықшалар мен жабын материалдары үшін қолданылады. Сондықтан β-SiC қазіргі уақытта жабындарға арналған негізгі материалдардың бірі болып табылады.

3.2.Кремний карбиді жабыныдайындау әдісі

Кремний карбидті жабындарды дайындаудың көптеген нұсқалары бар, соның ішінде гель-зол әдісі, бүрку әдісі, иондық сәулемен бүрку әдісі, химиялық бу реакциясы әдісі (CVR) және химиялық буларды тұндыру әдісі (CVD). Олардың ішінде химиялық буларды тұндыру әдісі (CVD) қазіргі уақытта SiC жабындарын дайындаудың негізгі технологиясы болып табылады. Бұл әдіс газ фазасының реакциясы арқылы субстрат бетіне SiC жабындарын тұндырады, бұл жабын мен субстрат арасындағы тығыз байланыстың артықшылықтарына ие, субстрат материалының тотығуға төзімділігін және абляцияға төзімділігін арттырады.

Жоғары температурада агломерациялау әдісі, графиттік негізді ендіру ұнтағына салып, оны инертті атмосферада жоғары температурада агломерациялау арқылы ақырында субстраттың бетінде SiC жабындысын құрайды, оны ендіру әдісі деп атайды. Бұл әдіс қарапайым және жабын төсеммен тығыз байланыстырылғанымен, қалыңдық бағытында жабынның біркелкілігі нашар, саңылаулардың пайда болуына бейім, бұл тотығуға төзімділікті төмендетеді.

✔  Бүрку әдісіграфит субстратының бетіне сұйық шикізатты бүркуді, содан кейін жабынды қалыптастыру үшін шикізатты белгілі бір температурада қатайтуды қамтиды. Бұл әдістің құны төмен болғанымен, жабын субстратпен әлсіз байланысқан және жабынның біркелкілігі, жұқа қалыңдығы және тотығуға төзімділігі нашар, әдетте қосымша өңдеуді қажет етеді.

✔  Иондық сәулемен бүрку технологиясыбалқытылған немесе ішінара балқытылған материалды графиттік субстраттың бетіне бүрку үшін иондық пучокты пайдаланады, содан кейін ол қатып қалады және жабын түзеді. Операция қарапайым және салыстырмалы түрде тығыз кремний карбиді жабын шығара алатынына қарамастан, жабын оңай бұзылады және тотығуға төзімділігі нашар. Ол әдетте жоғары сапалы SiC композиттік жабындарын дайындау үшін қолданылады.

✔ Соль-гель әдісі, бұл әдіс біркелкі және мөлдір зол ерітіндісін дайындауды, оны негіздің бетіне жағуды, содан кейін жабынды қалыптастыру үшін кептіруді және агломерациялауды қамтиды. Операция қарапайым және құны төмен болғанымен, дайындалған жабынның термиялық соққыға төзімділігі төмен және крекингке бейім, сондықтан оны қолдану ауқымы шектеулі.

✔ Будың химиялық реакциясының технологиясы (CVR): CVR SiO буын шығару үшін Si және SiO2 ұнтағын пайдаланады және көміртегі материалының субстратының бетінде химиялық реакция арқылы SiC жабынын құрайды. Тығыз жабыстырылған жабынды дайындауға болатынына қарамастан, жоғары реакция температурасы қажет және құны жоғары.

✔  Химиялық булардың тұндыру (CVD): Қазіргі уақытта CVD SiC жабындарын дайындаудың ең кең таралған технологиясы болып табылады және SiC жабындары субстрат бетіндегі газ фазасының реакциялары арқылы қалыптасады. Бұл әдіспен дайындалған жабын субстратпен тығыз байланыстырылады, бұл субстраттың тотығуға төзімділігін және абляцияға төзімділігін жақсартады, бірақ ұзақ тұндыру уақытын қажет етеді және реакция газы улы болуы мүмкін.

Сурет 3. Химиялық булардың тұндыру диаграммасы

4. Нарықтық бәсеке жәнеVetek жартылай өткізгіштехнологиялық инновация

SiC қапталған графит субстрат нарығында шетелдік өндірушілер айқын жетекші артықшылықтармен және нарықтағы жоғары үлеспен ертерек бастады. Халықаралық деңгейде Нидерландыдағы Xycard, Германиядағы SGL, Жапониядағы Toyo Tanso және АҚШ-тағы MEMC негізгі жеткізушілер болып табылады және олар негізінен халықаралық нарықты монополиялайды. Дегенмен, Қытай қазір графит субстраттарының бетінде біркелкі өсіп келе жатқан SiC жабындарының негізгі технологиясын бұзды және оның сапасын отандық және шетелдік тұтынушылар тексерді. Сонымен қатар, оның бағасы бойынша белгілі бір бәсекелестік артықшылықтары бар, олар MOCVD жабдығының SiC қапталған графиттік субстраттарды пайдалану талаптарына жауап бере алады. 

Vetek жартылай өткізгіш саласында ғылыми-зерттеу жұмыстарымен айналысадыSiC жабындары20 жылдан астам. Сондықтан біз SGL сияқты буферлік қабат технологиясын іске қостық. Арнайы өңдеу технологиясы арқылы қызмет мерзімін екі еседен астам ұлғайту үшін графит пен кремний карбидінің арасына буферлік қабат қосуға болады.