Apakah suseptor grafit bersalut SiC?

Rajah 1.Suseptor grafit bersalut SiC

1. Lapisan epitaxial dan peralatannya

Semasa proses pembuatan wafer, kita perlu membina lagi lapisan epitaxial pada beberapa substrat wafer untuk memudahkan pembuatan peranti. Epitaksi merujuk kepada proses mengembangkan kristal tunggal baru pada substrat kristal tunggal yang telah diproses dengan teliti dengan memotong, mengisar dan menggilap. Kristal tunggal baru boleh menjadi bahan yang sama dengan substrat, atau bahan yang berbeza (homoepitaxial atau heteroepitaxial). Oleh kerana lapisan kristal tunggal baru tumbuh di sepanjang fasa kristal substrat, ia dipanggil lapisan epitaxial, dan pembuatan peranti dijalankan pada lapisan epitaxial. 

Contohnya, aGaAs epitaxiallapisan disediakan pada substrat silikon untuk peranti pemancar cahaya LED; aSiC epitaxiallapisan ditanam pada substrat SiC konduktif untuk pembinaan SBD, MOSFET dan peranti lain dalam aplikasi kuasa; lapisan epitaxial GaN dibina pada substrat SiC separa penebat untuk mengeluarkan peranti seperti HEMT dalam aplikasi frekuensi radio seperti komunikasi. Parameter seperti ketebalan bahan epitaxial SiC dan kepekatan pembawa latar belakang secara langsung menentukan pelbagai sifat elektrik peranti SiC. Dalam proses ini, kita tidak boleh melakukannya tanpa peralatan pemendapan wap kimia (CVD).

Rajah 2. Mod pertumbuhan filem epitaxial

2. Kepentingan suseptor grafit bersalut SiC dalam peralatan CVD

Dalam peralatan CVD, kita tidak boleh meletakkan substrat secara langsung pada logam atau hanya pada tapak untuk pemendapan epitaxial, kerana ia melibatkan banyak faktor seperti arah aliran gas (mendatar, menegak), suhu, tekanan, penetapan dan bahan cemar. Oleh itu, kita perlu menggunakan susceptor(pembawa wafer) untuk meletakkan substrat pada dulang dan menggunakan teknologi CVD untuk melakukan pemendapan epitaxial di atasnya. Suseptor ini ialah suseptor grafit bersalut SiC (juga dipanggil dulang).

2.1 Penggunaan suseptor grafit bersalut SiC dalam peralatan MOCVD

Suseptor grafit bersalut SiC memainkan peranan penting dalamperalatan pemendapan wap kimia organik logam (MOCVD).untuk menyokong dan memanaskan substrat kristal tunggal. Kestabilan terma dan keseragaman terma susceptor ini adalah penting kepada kualiti bahan epitaxial, jadi ia dianggap sebagai komponen teras yang amat diperlukan dalam peralatan MOCVD. Teknologi pemendapan wap kimia organik logam (MOCVD) kini digunakan secara meluas dalam pertumbuhan epitaxial filem nipis GaN dalam LED biru kerana ia mempunyai kelebihan operasi mudah, kadar pertumbuhan terkawal dan ketulenan yang tinggi.

Sebagai salah satu komponen teras dalam peralatan MOCVD, susceptor grafit semikonduktor Vetek bertanggungjawab untuk menyokong dan memanaskan substrat kristal tunggal, yang secara langsung mempengaruhi keseragaman dan ketulenan bahan filem nipis, dan dengan itu berkaitan dengan kualiti penyediaan wafer epitaxial. Apabila bilangan penggunaan meningkat dan persekitaran kerja berubah, susceptor grafit terdedah kepada haus dan oleh itu diklasifikasikan sebagai bahan habis pakai.

2.2. Ciri-ciri suseptor grafit bersalut SIC

Untuk memenuhi keperluan peralatan MOCVD, salutan yang diperlukan untuk suseptor grafit mesti mempunyai ciri khusus untuk memenuhi piawaian berikut:

✔  Liputan yang baik: Salutan SiC mesti menutup sepenuhnya susceptor dan mempunyai tahap ketumpatan yang tinggi untuk mengelakkan kerosakan dalam persekitaran gas yang menghakis.

✔  Kekuatan ikatan yang tinggi: Salutan hendaklah diikat kuat pada susceptor dan tidak mudah tertanggal selepas berbilang kitaran suhu tinggi dan suhu rendah.

✔  Kestabilan kimia yang baik: Salutan mesti mempunyai kestabilan kimia yang baik untuk mengelakkan kegagalan dalam suhu tinggi dan atmosfera yang menghakis.

2.3 Kesukaran dan cabaran dalam memadankan bahan grafit dan silikon karbida

Silikon karbida (SiC) berprestasi baik dalam atmosfera epitaxial GaN kerana kelebihannya seperti rintangan kakisan, kekonduksian haba yang tinggi, rintangan kejutan haba dan kestabilan kimia yang baik. Pekali pengembangan habanya adalah serupa dengan grafit, menjadikannya bahan pilihan untuk salutan suseptor grafit.

Bagaimanapun, selepas semua,grafitdansilikon karbidaadalah dua bahan yang berbeza, dan masih akan ada situasi di mana salutan mempunyai hayat perkhidmatan yang singkat, mudah jatuh, dan meningkatkan kos disebabkan oleh pekali pengembangan haba yang berbeza. 

3. Teknologi Salutan SiC

3.1. Jenis biasa SiC

Pada masa ini, jenis SiC yang biasa termasuk 3C, 4H dan 6H, dan jenis SiC yang berbeza sesuai untuk tujuan yang berbeza. Contohnya, 4H-SiC sesuai untuk mengeluarkan peranti berkuasa tinggi, 6H-SiC agak stabil dan boleh digunakan untuk peranti optoelektronik, dan 3C-SiC boleh digunakan untuk menyediakan lapisan epitaxial GaN dan mengeluarkan peranti RF SiC-GaN disebabkan oleh strukturnya yang serupa dengan GaN. 3C-SiC juga biasanya dirujuk sebagai β-SiC, yang digunakan terutamanya untuk filem nipis dan bahan salutan. Oleh itu, β-SiC kini merupakan salah satu bahan utama untuk salutan.

3.2 .Salutan silikon karbidakaedah penyediaan

Terdapat banyak pilihan untuk penyediaan salutan silikon karbida, termasuk kaedah gel-sol, kaedah penyemburan, kaedah penyemburan rasuk ion, kaedah tindak balas wap kimia (CVR) dan kaedah pemendapan wap kimia (CVD). Antaranya, kaedah pemendapan wap kimia (CVD) kini merupakan teknologi utama penyediaan salutan SiC. Kaedah ini mendepositkan salutan SiC pada permukaan substrat melalui tindak balas fasa gas, yang mempunyai kelebihan ikatan rapat antara salutan dan substrat, meningkatkan rintangan pengoksidaan dan rintangan ablasi bahan substrat.

Kaedah pensinteran suhu tinggi, dengan meletakkan substrat grafit dalam serbuk pemasukan dan mensinterkannya pada suhu tinggi di bawah suasana lengai, akhirnya membentuk salutan SiC pada permukaan substrat, yang dipanggil kaedah pembenaman. Walaupun kaedah ini mudah dan salutan terikat rapat dengan substrat, keseragaman salutan dalam arah ketebalan adalah lemah, dan lubang-lubang terdedah untuk muncul, yang mengurangkan rintangan pengoksidaan.

✔  Kaedah penyemburanmelibatkan penyemburan bahan mentah cecair pada permukaan substrat grafit, dan kemudian memejal bahan mentah pada suhu tertentu untuk membentuk salutan. Walaupun kaedah ini kos rendah, salutan terikat lemah pada substrat, dan salutan mempunyai keseragaman yang lemah, ketebalan nipis, dan rintangan pengoksidaan yang lemah, dan biasanya memerlukan rawatan tambahan.

✔  Teknologi penyemburan pancaran ionmenggunakan senapang pancaran ion untuk menyembur bahan cair atau separa cair ke permukaan substrat grafit, yang kemudiannya menjadi pejal dan terikat untuk membentuk salutan. Walaupun operasinya mudah dan boleh menghasilkan salutan silikon karbida yang agak padat, salutan itu mudah pecah dan mempunyai rintangan pengoksidaan yang lemah. Ia biasanya digunakan untuk menyediakan salutan komposit SiC berkualiti tinggi.

✔ Kaedah sol-gel, kaedah ini melibatkan penyediaan larutan sol yang seragam dan telus, menyapunya pada permukaan substrat, dan kemudian mengeringkan dan mensinter untuk membentuk salutan. Walaupun operasinya mudah dan kosnya rendah, salutan yang disediakan mempunyai rintangan kejutan haba yang rendah dan terdedah kepada keretakan, jadi julat penggunaannya adalah terhad.

✔ Teknologi tindak balas wap kimia (CVR): CVR menggunakan serbuk Si dan SiO2 untuk menjana wap SiO, dan membentuk salutan SiC melalui tindak balas kimia pada permukaan substrat bahan karbon. Walaupun salutan berikat ketat boleh disediakan, suhu tindak balas yang lebih tinggi diperlukan dan kosnya tinggi.

✔  Pemendapan wap kimia (CVD): CVD pada masa ini merupakan teknologi yang paling banyak digunakan untuk menyediakan salutan SiC, dan salutan SiC dibentuk oleh tindak balas fasa gas pada permukaan substrat. Salutan yang disediakan oleh kaedah ini terikat rapat dengan substrat, yang meningkatkan rintangan pengoksidaan dan rintangan ablasi substrat, tetapi memerlukan masa pemendapan yang lama, dan gas tindak balas mungkin toksik.

Rajah 3.Rajah pemendapan wap kimia

4. Persaingan pasaran danSemikonduktor Vetekinovasi teknologi

Dalam pasaran substrat grafit bersalut SiC, pengeluar asing bermula lebih awal, dengan kelebihan utama yang jelas dan bahagian pasaran yang lebih tinggi. Di peringkat antarabangsa, Xycard di Belanda, SGL di Jerman, Toyo Tanso di Jepun dan MEMC di Amerika Syarikat adalah pembekal arus perdana, dan mereka pada dasarnya memonopoli pasaran antarabangsa. Walau bagaimanapun, China kini telah menembusi teknologi teras salutan SiC yang tumbuh secara seragam pada permukaan substrat grafit, dan kualitinya telah disahkan oleh pelanggan domestik dan asing. Pada masa yang sama, ia juga mempunyai kelebihan daya saing tertentu dalam harga, yang boleh memenuhi keperluan peralatan MOCVD untuk penggunaan substrat grafit bersalut SiC. 

Semikonduktor Vetek telah terlibat dalam penyelidikan dan pembangunan dalam bidangsalutan SiCselama lebih daripada 20 tahun. Oleh itu, kami telah melancarkan teknologi lapisan penimbal yang sama seperti SGL. Melalui teknologi pemprosesan khas, lapisan penampan boleh ditambah antara grafit dan silikon karbida untuk meningkatkan hayat perkhidmatan lebih daripada dua kali ganda.