Ce este susceptorul de grafit acoperit cu SiC?

Figura 1.Susceptor de grafit acoperit cu SiC

1. Stratul epitaxial și echipamentul acestuia

În timpul procesului de fabricare a plachetelor, trebuie să construim în continuare un strat epitaxial pe unele substraturi de plachetă pentru a facilita fabricarea dispozitivelor. Epitaxia se referă la procesul de creștere a unui nou monocristal pe un substrat monocristal care a fost prelucrat cu atenție prin tăiere, șlefuire și lustruire. Noul monocristal poate fi același material ca substratul sau un material diferit (homoepitaxial sau heteroepitaxial). Deoarece noul strat monocristal crește de-a lungul fazei cristaline de substrat, se numește strat epitaxial, iar fabricarea dispozitivului se realizează pe stratul epitaxial. 

De exemplu, aGaAs epitaxialstratul este pregătit pe un substrat de siliciu pentru dispozitivele emițătoare de lumină LED; oSiC epitaxialstratul este crescut pe un substrat conductiv de SiC pentru construcția de SBD, MOSFET și alte dispozitive în aplicații energetice; un strat epitaxial GaN este construit pe un substrat semiizolant de SiC pentru a produce în continuare dispozitive precum HEMT în aplicații de radiofrecvență, cum ar fi comunicațiile. Parametri precum grosimea materialelor epitaxiale SiC și concentrația de purtător de fond determină în mod direct diferitele proprietăți electrice ale dispozitivelor SiC. În acest proces, nu ne putem lipsi de echipamentele de depunere chimică în vapori (CVD).

Figura 2. Moduri de creștere a peliculei epitaxiale

2. Importanța susceptorului 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 precum direcția fluxului de gaz (orizontal, vertical), temperatura, presiunea, fixarea și contaminanții. Prin urmare, trebuie să folosim un susceptor(purtător de napolitane) pentru a plasa substratul pe o tavă și pentru a utiliza tehnologia CVD pentru a efectua depunerea epitaxială pe acesta. Acest susceptor este susceptorul de grafit acoperit cu SiC (numit și tavă).

2.1 Aplicarea susceptorului de grafit acoperit cu SiC în echipamentele MOCVD

Susceptorul de grafit acoperit cu SiC joacă un rol cheie înechipamente de depunere în vapori chimici organici metal (MOCVD).pentru a susține și încălzi substraturi monocristaline. Stabilitatea termică și uniformitatea termică a acestui susceptor sunt cruciale pentru calitatea materialelor epitaxiale, deci este considerată o componentă de bază indispensabilă în echipamentele MOCVD. Tehnologia de depunere în vapori chimici organici metal (MOCVD) este utilizată în prezent pe scară largă în creșterea epitaxială a filmelor subțiri GaN în LED-uri albastre, deoarece are avantajele unei funcționări simple, viteze de creștere controlabile și puritate ridicată.

Fiind una dintre componentele de bază ale echipamentelor MOCVD, susceptorul de grafit semiconductor Vetek este responsabil pentru susținerea și încălzirea substraturilor monocristaloase, ceea ce afectează direct uniformitatea și puritatea materialelor cu film subțire și, prin urmare, este legat de calitatea preparării plachetelor epitaxiale. Pe măsură ce numărul de utilizări crește și mediul de lucru se modifică, susceptorul de grafit este predispus la uzură și, prin urmare, este clasificat drept consumabil.

2.2. Caracteristicile susceptorului de grafit acoperit cu SIC

Pentru a satisface nevoile echipamentelor MOCVD, acoperirea necesară susceptorului de grafit trebuie să aibă caracteristici specifice pentru a îndeplini următoarele standarde:

✔  Acoperire bună: Acoperirea SiC trebuie să acopere complet susceptorul și să aibă un grad ridicat de densitate pentru a preveni deteriorarea într-un mediu cu gaz corosiv.

✔  Rezistență mare de lipire: Învelișul trebuie să fie ferm lipit de susceptor și să nu cadă ușor după mai multe cicluri de temperatură înaltă și joasă.

✔  Stabilitate chimică bună: Acoperirea trebuie să aibă o stabilitate chimică bună pentru a evita defecțiunile în atmosfere de temperatură ridicată și corozive.

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

Carbura de siliciu (SiC) se comportă bine în atmosfere epitaxiale GaN datorită avantajelor sale, cum ar fi rezistența la coroziune, conductivitate termică ridicată, rezistență la șoc termic și stabilitate chimică bună. Coeficientul său de dilatare termică este similar cu cel al grafitului, făcându-l materialul preferat pentru acoperirile susceptoare de grafit.

Cu toate acestea, la urma urmei,grafitşicarbură de siliciusunt două materiale diferite și vor exista în continuare situații în care stratul de acoperire are o durată de viață scurtă, este ușor de desprins și crește costurile datorită diferiților coeficienți de dilatare termică. 

3. Tehnologia de acoperire SiC

3.1. Tipuri comune de SiC

În prezent, tipurile comune de SiC includ 3C, 4H și 6H, iar diferite tipuri de SiC sunt potrivite pentru diferite scopuri. 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 produce dispozitive RF SiC-GaN datorită structura sa similară 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 preparare

Există multe opțiuni pentru prepararea acoperirilor cu carbură de siliciu, inclusiv metoda gel-sol, metoda de pulverizare, metoda de pulverizare cu fascicul de ioni, metoda de reacție chimică a vaporilor (CVR) și metoda de depunere chimică în vapori (CVD). Printre acestea, metoda de depunere chimică în vapori (CVD) este în prezent principala tehnologie de preparare a acoperirilor de SiC. Această metodă depune acoperiri de SiC pe suprafața substratului prin reacția în fază gazoasă, care are avantajele unei legături strânse între acoperire și substrat, îmbunătățind rezistența la oxidare și rezistența la ablație a materialului substratului.

Metoda de sinterizare la temperatură înaltă, prin plasarea substratului de grafit în pulberea de încorporare și sinterizarea lui la temperatură ridicată sub atmosferă inertă, formează în final o acoperire de SiC pe suprafața substratului, care se numește metoda de încorporare. Deși această metodă este simplă și acoperirea este strâns legată de substrat, uniformitatea acoperirii în direcția grosimii 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 anumită temperatură pentru a forma o acoperire. Deși această metodă este ieftină, acoperirea este slab legată de substrat, iar acoperirea are o uniformitate slabă, o grosime subțire și o rezistență slabă la oxidare și, de obicei, necesită un tratament suplimentar.

✔  Tehnologia de pulverizare cu fascicul de ionifolosește un pistol cu ​​fascicul ionic pentru a pulveriza material topit sau parțial topit pe suprafața unui substrat de grafit, care apoi se solidifică și se leagă pentru a forma o acoperire. Deși operațiunea este simplă și poate produce un strat de carbură de siliciu relativ dens, acoperirea este ușor de spart și are o rezistență slabă la oxidare. Este de obicei folosit pentru a prepara acoperiri compozite SiC de înaltă calitate.

✔ Metoda Sol-gel, această metodă presupune prepararea unei soluții de sol uniformă și transparentă, aplicarea acesteia pe suprafața substratului și apoi uscarea și sinterizarea pentru a forma o acoperire. Deși operarea este simplă și costul este mic, stratul pregătit are o rezistență scăzută la șoc termic și este predispus la crăpare, astfel încât domeniul său de aplicare este limitat.

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

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

Figura 3.Diagrama de depunere a vaporilor chimici

4. Concurența pe piață șiVetek Semiconductorinovația tehnologică a lui

Pe piața substratului de grafit acoperit cu SiC, producătorii străini au început mai devreme, cu avantaje evidente de lider și o cotă de piață mai mare. La nivel internațional, Xycard în Țările de Jos, SGL în Germania, Toyo Tanso în Japonia și MEMC în Statele Unite sunt furnizori principali și, practic, monopolizează piața internațională. Cu toate acestea, China a trecut acum prin tehnologia de bază a acoperirilor SiC cu creștere uniformă pe suprafața substraturilor de grafit, iar calitatea acesteia a fost verificată de clienții interni și străini. În același timp, are și anumite avantaje competitive în preț, care pot îndeplini cerințele echipamentelor MOCVD pentru utilizarea substraturilor de grafit acoperite cu SiC. 

Vetek semiconductor a fost angajat în cercetare și dezvoltare în domeniulAcoperiri SiCde mai bine de 20 de ani. Prin urmare, am lansat aceeași tehnologie de strat tampon ca și SGL. Prin intermediul tehnologiei speciale de procesare, se poate adăuga un strat tampon între grafit și carbură de siliciu pentru a crește durata de viață de peste două ori.