نقش حیاتی و موارد کاربرد گیرنده‌های گرافیت با پوشش SiC در ساخت نیمه‌رسانا

نیمه هادی نیمه هادی قصد دارد تولید قطعات اصلی تجهیزات تولید نیمه هادی را در سطح جهانی افزایش دهد. تا سال 2027، هدف ما ایجاد یک کارخانه جدید به مساحت 20000 متر مربع با سرمایه گذاری کل 70 میلیون دلار است. یکی از اجزای اصلی ما،حامل ویفر کاربید سیلیکون (SiC).که به عنوان یک گیرنده نیز شناخته می شود، پیشرفت های چشمگیری داشته است. بنابراین، این سینی که ویفرها را نگه می دارد دقیقاً چیست؟

در فرآیند تولید ویفر، لایه‌های اپیتاکسیال روی لایه‌های خاصی از ویفر برای ایجاد دستگاه‌ها ساخته می‌شوند. به عنوان مثال، لایه های همپای GaAs بر روی بسترهای سیلیکونی برای دستگاه های LED، لایه های همپای SiC بر روی بسترهای SiC رسانا برای کاربردهای برق مانند SBD ها و MOSFET ها رشد می کنند، و لایه های همپای GaN بر روی بسترهای SiC نیمه عایق برای کاربردهای RF مانند HEMT ها ساخته می شوند. . این فرآیند به شدت به آن متکی استرسوب بخار شیمیایی (CVD)تجهیزات

در تجهیزات CVD، به دلیل عوامل مختلفی مانند جریان گاز (افقی، عمودی)، دما، فشار، پایداری و آلودگی، بسترها را نمی توان مستقیماً روی فلز یا یک پایه ساده برای رسوب دهی همپایه قرار داد. بنابراین، یک سوسپتور برای قرار دادن بستر روی آن استفاده می‌شود که با استفاده از فناوری CVD، رسوب اپیتاکسیال را ممکن می‌سازد. این گیرنده استگیرنده گرافیت با پوشش SiC.

گیرنده های گرافیت با پوشش SiC معمولاً در تجهیزات رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی (MOCVD) برای پشتیبانی و گرم کردن بسترهای تک کریستالی استفاده می شود. پایداری حرارتی و یکنواختی گیرنده های گرافیت با پوشش SiCبرای کیفیت رشد مواد اپیتاکسیال بسیار مهم هستند، و آنها را به یک جزء اصلی تجهیزات MOCVD تبدیل می کنند (شرکت های پیشرو تجهیزات MOCVD مانند Veeco و Aixtron). در حال حاضر، فناوری MOCVD به دلیل سادگی، سرعت رشد قابل کنترل و خلوص بالا، به طور گسترده ای در رشد همپایی فیلم های GaN برای LED های آبی استفاده می شود. به عنوان یک بخش اساسی از راکتور MOCVD،گیرنده رشد اپیتاکسیال فیلم GaNباید مقاومت در برابر دمای بالا، هدایت حرارتی یکنواخت، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر شوک حرارتی قوی داشته باشد. گرافیت این الزامات را کاملاً برآورده می کند.

به عنوان یکی از اجزای اصلی تجهیزات MOCVD، گیرنده گرافیت از بسترهای تک کریستالی پشتیبانی و گرم می کند و مستقیماً بر یکنواختی و خلوص مواد فیلم تأثیر می گذارد. کیفیت آن به طور مستقیم بر تهیه ویفرهای اپیتاکسیال تأثیر می گذارد. با این حال، با افزایش استفاده و شرایط کاری متفاوت، گیرنده های گرافیت به راحتی فرسوده می شوند و جزء مواد مصرفی محسوب می شوند.

گیرنده های MOCVDبرای برآوردن شرایط زیر باید ویژگی های پوشش خاصی داشته باشد:

• -پوشش خوب:پوشش باید به طور کامل گیرنده گرافیت را با چگالی بالا بپوشاند تا از خوردگی در یک محیط گاز خورنده جلوگیری شود.
• -استحکام اتصال بالا:پوشش باید محکم به گیرنده گرافیت بچسبد و در برابر چرخه‌های متعدد دمای بالا و دمای پایین بدون جدا شدن مقاومت کند.
• -پایداری شیمیایی:پوشش باید از نظر شیمیایی پایدار باشد تا از شکست در اتمسفرهای با دمای بالا و خورنده جلوگیری شود.

SiC با مقاومت در برابر خوردگی، هدایت حرارتی بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری شیمیایی بالا، در محیط همپای GaN عملکرد خوبی دارد. علاوه بر این، ضریب انبساط حرارتی SiC مشابه گرافیت است و SiC را به ماده ترجیحی برای پوشش‌های گیرنده گرافیت تبدیل می‌کند.

در حال حاضر، انواع رایج SiC شامل 3C، 4H و 6H است که هر کدام برای کاربردهای مختلف مناسب هستند. به عنوان مثال، 4H-SiC می تواند دستگاه های پرقدرت تولید کند، 6H-SiC پایدار است و برای دستگاه های اپتوالکترونیک استفاده می شود، در حالی که 3C-SiC از نظر ساختار شبیه به GaN است، و آن را برای تولید لایه همپای GaN و دستگاه های SiC-GaN RF مناسب می کند. 3C-SiC، همچنین به عنوان β-SiC شناخته می شود، عمدتا به عنوان یک فیلم و مواد پوشش استفاده می شود، و آن را به یک ماده اولیه برای پوشش ها تبدیل می کند.

روش های مختلفی برای تهیه وجود داردپوشش های SiCاز جمله سل ژل، جاسازی، برس زدن، پاشش پلاسما، واکنش بخار شیمیایی (CVR) و رسوب بخار شیمیایی (CVD).

در این میان، روش تعبیه یک فرآیند تف جوشی فاز جامد با دمای بالا است. با قرار دادن بستر گرافیت در یک پودر جاسازی شده حاوی پودر سی و سی و تف جوشی در محیط گاز بی اثر، یک پوشش SiC روی بستر گرافیت تشکیل می شود. این روش ساده است و پوشش به خوبی با زیرلایه پیوند می یابد. با این حال، پوشش فاقد یکنواختی ضخامت است و ممکن است دارای منافذ باشد که منجر به مقاومت در برابر اکسیداسیون ضعیف می شود.

روش پوشش اسپری

روش پوشش اسپری شامل پاشیدن مواد خام مایع بر روی سطح زیرلایه گرافیت و پخت آنها در دمای خاص برای تشکیل یک پوشش است. این روش ساده و مقرون به صرفه است، اما منجر به اتصال ضعیف بین پوشش و بستر، یکنواختی ضعیف پوشش و پوشش‌های نازک با مقاومت اکسیداسیون پایین می‌شود که به روش‌های کمکی نیاز دارد.

روش پاشش پرتو یونی

پاشش پرتو یونی از یک تفنگ پرتو یونی برای پاشیدن مواد مذاب یا نیمه مذاب بر روی سطح زیرلایه گرافیت استفاده می‌کند و پس از انجماد، یک پوشش تشکیل می‌دهد. این روش ساده است و پوشش های متراکم SiC تولید می کند. با این حال، پوشش های نازک دارای مقاومت اکسیداسیون ضعیفی هستند که اغلب برای پوشش های کامپوزیت SiC برای بهبود کیفیت استفاده می شود.

روش سل-ژل

روش سل-ژل شامل تهیه محلول سل یکنواخت و شفاف، پوشاندن سطح بستر و به دست آوردن پوشش پس از خشک شدن و تف جوشی است. این روش ساده و مقرون به صرفه است، اما منجر به پوشش‌هایی با مقاومت شوک حرارتی کم و حساسیت به ترک می‌شود و کاربرد گسترده آن را محدود می‌کند.

واکنش بخار شیمیایی (CVR)

CVR از پودر Si و SiO2 در دماهای بالا برای تولید بخار SiO استفاده می کند، که با زیرلایه مواد کربنی واکنش داده و پوشش SiC را تشکیل می دهد. پوشش SiC به دست آمده به طور محکم با بستر پیوند می خورد، اما این فرآیند به دماها و هزینه های واکنش بالایی نیاز دارد.

رسوب بخار شیمیایی (CVD)

CVD تکنیک اولیه برای تهیه پوشش های SiC است. این شامل واکنش های فاز گاز بر روی سطح بستر گرافیت است، جایی که مواد خام تحت واکنش های فیزیکی و شیمیایی قرار می گیرند و به عنوان یک پوشش SiC رسوب می کنند. CVD پوشش های SiC با پیوند محکم ایجاد می کند که مقاومت در برابر اکسیداسیون و فرسایش بستر را افزایش می دهد. با این حال، CVD زمان رسوب طولانی دارد و ممکن است شامل گازهای سمی باشد.

وضعیت بازار

در بازار گیره‌های گرافیت با پوشش SiC، تولیدکنندگان خارجی پیشتاز قابل توجه و سهم بازار بالایی دارند. Semicera بر فناوری‌های اصلی برای رشد یکنواخت پوشش SiC بر روی بسترهای گرافیتی غلبه کرده است، و راه‌حل‌هایی ارائه می‌کند که به رسانایی حرارتی، مدول الاستیک، سختی، نقص‌های شبکه و سایر مسائل کیفی می‌پردازد و به طور کامل نیازهای تجهیزات MOCVD را برآورده می‌کند.

چشم انداز آینده

صنعت نیمه هادی چین با افزایش بومی سازی تجهیزات همپایی MOCVD و گسترش کاربردها، به سرعت در حال توسعه است. انتظار می‌رود بازار گیرنده‌های گرافیت با پوشش SiC به سرعت رشد کند.

نتیجه گیری

به عنوان یک جزء حیاتی در تجهیزات نیمه هادی مرکب، تسلط بر فناوری تولید هسته و بومی سازی گیرنده های گرافیت با پوشش SiC برای صنعت نیمه هادی چین از اهمیت استراتژیک برخوردار است. حوزه داخلی گیرنده گرافیت با پوشش SiC در حال رونق است و کیفیت محصول به سطوح بین المللی می رسد.نیمه سردر تلاش است تا به یک تامین کننده پیشرو در این زمینه تبدیل شود.