วัสดุของ silicon carbide epitaxy

ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีสูตรเคมี SIC เป็นวัสดุสารประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่เกิดขึ้นจากพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งระหว่างซิลิคอน (SI) และองค์ประกอบคาร์บอน (C) ด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่ยอดเยี่ยมมันมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในสาขาอุตสาหกรรมหลายแห่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการ

Ⅰ- คุณสมบัติทางกายภาพหลักของซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC)

การทำความเข้าใจคุณสมบัติทางกายภาพของ SIC เป็นพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจมูลค่าการใช้งาน:

1) ความแข็งสูง:

ความแข็งของ Mohs ของ SIC อยู่ที่ประมาณ 9-9.5 รองจากเพชรเท่านั้น ซึ่งหมายความว่ามันมีการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมและการต่อต้านรอยขีดข่วน

ค่าการใช้งาน: ในการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งหมายความว่าชิ้นส่วนที่ทำจาก SIC (เช่นแขนหุ่นยนต์, chucks, แผ่นบด) มีชีวิตที่ยาวนานขึ้นลดการสร้างอนุภาคที่เกิดจากการสึกหรอและปรับปรุงความสะอาดและความมั่นคงของกระบวนการ

2) คุณสมบัติทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม:

●การนำความร้อนสูง: 

ค่าการนำความร้อนของ SIC สูงกว่าวัสดุซิลิกอนแบบดั้งเดิมและโลหะจำนวนมาก (สูงถึง 300−490W/(M⋅K) ที่อุณหภูมิห้องขึ้นอยู่กับรูปแบบคริสตัลและความบริสุทธิ์)

ค่าแอปพลิเคชัน: สามารถกระจายความร้อนได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการกระจายความร้อนของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้พลังงานสูงซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ร้อนเกินไปและความล้มเหลวและปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ในอุปกรณ์กระบวนการเช่นเครื่องทำความร้อนหรือแผ่นระบายความร้อนการนำความร้อนสูงช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิและการตอบสนองที่รวดเร็ว

●ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: SIC มีการเปลี่ยนแปลงมิติเล็กน้อยในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

ค่าแอปพลิเคชัน: ในกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรง (เช่นการหลอมความร้อนอย่างรวดเร็ว) ชิ้นส่วน SIC สามารถรักษารูปร่างและความแม่นยำของมิติได้ลดความเครียดและการเสียรูปที่เกิดจากความร้อนไม่ตรงกัน

●เสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม: SIC สามารถรักษาโครงสร้างและความเสถียรของประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงและสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 1600 ∘Cหรือสูงกว่าในบรรยากาศเฉื่อย

ค่าแอปพลิเคชัน: เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมกระบวนการอุณหภูมิสูงเช่นการเจริญเติบโตของ epitaxial การออกซิเดชั่นการแพร่กระจาย ฯลฯ และไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะย่อยสลายหรือทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ

●ความต้านทานการกระแทกด้วยความร้อนที่ดี: สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องแตกร้าวหรือเสียหาย

ค่าแอปพลิเคชัน: ส่วนประกอบ SIC มีความทนทานมากขึ้นในขั้นตอนกระบวนการที่ต้องการอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและลดลงอย่างรวดเร็ว

3) คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์):

● bandgap กว้าง: bandgap ของ SIC ประมาณสามเท่าของซิลิคอน (SI) (ตัวอย่างเช่น 4H-SIC อยู่ที่ประมาณ 3.26EV และ SI ประมาณ 1.12EV)

ค่าแอปพลิเคชัน:

อุณหภูมิในการทำงานสูง: bandgap กว้างทำให้ความเข้มข้นของผู้ให้บริการที่แท้จริงของอุปกรณ์ SIC ยังคงต่ำมากที่อุณหภูมิสูงดังนั้นจึงสามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุปกรณ์ซิลิกอนมาก (สูงถึง300∘Cหรือมากกว่า)

สนามไฟฟ้าที่มีการสลายตัวสูง: ความแรงของสนามไฟฟ้าที่แยกย่อยของ SIC เกือบ 10 เท่าของซิลิคอน ซึ่งหมายความว่าในระดับความต้านทานแรงดันไฟฟ้าเดียวกันอุปกรณ์ SIC สามารถทำให้ทินเนอร์และความต้านทานภูมิภาคดริฟท์มีขนาดเล็กลงซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียการนำ

ความต้านทานรังสีที่แข็งแกร่ง: bandgap กว้างยังทำให้มีความต้านทานรังสีที่ดีขึ้นและเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมพิเศษเช่นการบินและอวกาศ

●ความเร็วการดริฟท์อิเล็กตรอนที่อิ่มตัวสูง: ความเร็วการดริฟท์อิเล็กตรอนที่อิ่มตัวของ SIC นั้นเป็นสองเท่าของซิลิคอน

ค่าแอปพลิเคชัน: สิ่งนี้ช่วยให้อุปกรณ์ SIC สามารถทำงานได้ที่ความถี่การสลับที่สูงขึ้นซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการลดปริมาณและน้ำหนักของส่วนประกอบแฝงเช่นตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุในระบบและปรับปรุงความหนาแน่นพลังงานของระบบ

4) ความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยม:

SIC มีความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่งและไม่ทำปฏิกิริยากับกรดส่วนใหญ่ฐานหรือเกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิห้อง มันทำปฏิกิริยากับสารออกซิแดนท์ที่แข็งแกร่งหรือฐานหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น

ค่าแอปพลิเคชัน: ในกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับสารเคมีกัดกร่อนเช่นการแกะสลักแบบเปียกและการทำความสะอาดเซมิคอนดักเตอร์ส่วนประกอบ SIC (เช่นเรือท่อและหัวฉีด) มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและลดความเสี่ยงของการปนเปื้อน ในกระบวนการแห้งเช่นการแกะสลักพลาสมาความทนทานต่อพลาสมาก็ดีกว่าวัสดุดั้งเดิมมากมาย

5）ความบริสุทธิ์สูง (ความบริสุทธิ์สูงทำได้):

วัสดุ SIC ที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถเตรียมได้โดยวิธีการเช่นการสะสมไอเคมี (CVD)

มูลค่าผู้ใช้: ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ความบริสุทธิ์ของวัสดุเป็นสิ่งสำคัญและสิ่งสกปรกใด ๆ อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์และผลผลิต ส่วนประกอบ SIC ที่มีความบริสุทธิ์สูงลดการปนเปื้อนของเวเฟอร์ซิลิคอนหรือสภาพแวดล้อมกระบวนการ

Ⅱ- การประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC) เป็นสารตั้งต้น epitaxial

SIC Single Crystal Wafers เป็นวัสดุสำคัญสำหรับการผลิตอุปกรณ์พลังงาน SIC ที่มีประสิทธิภาพสูง (เช่น MOSFETS, JFETS, SBDS) และอุปกรณ์ Gallium Nitride (GAN) RF/Power

สถานการณ์แอปพลิเคชันเฉพาะและการใช้งาน:

1) epitaxy sic-on-sic:

การใช้งาน: บนพื้นผิวผลึกเดี่ยวที่มีความบริสุทธิ์สูงชั้น sic epitaxial ที่มีการเติมและความหนาเฉพาะจะถูกปลูกโดย epitaxy ไอสารเคมี (CVD) เพื่อสร้างพื้นที่ที่ใช้งานอยู่ของอุปกรณ์พลังงาน SIC

ค่าแอปพลิเคชัน: ค่าการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมของสารตั้งต้น SIC ช่วยให้อุปกรณ์กระจายความร้อนและลักษณะ bandgap กว้างช่วยให้อุปกรณ์สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงอุณหภูมิสูงและการทำงานความถี่สูง สิ่งนี้ทำให้อุปกรณ์พลังงาน SIC ทำงานได้ดีในยานพาหนะพลังงานใหม่ (การควบคุมไฟฟ้า, กองชาร์จ), อินเวอร์เตอร์เซลล์แสงอาทิตย์, ไดรฟ์มอเตอร์อุตสาหกรรม, กริดอัจฉริยะและสาขาอื่น ๆ , ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบอย่างมีนัยสำคัญและลดขนาดอุปกรณ์และน้ำหนัก

2) epitaxy gan-on-sic:

การใช้งาน: พื้นผิว SIC เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเพิ่มชั้น epitaxial GaN คุณภาพสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ RF ที่มีกำลังสูงเช่น HEMTs) เนื่องจากการจับคู่ตาข่ายที่ดีกับ GAN (เทียบกับแซฟไฟร์และซิลิคอน) และการนำความร้อนสูงมาก

ค่าแอปพลิเคชัน: พื้นผิว SIC สามารถดำเนินการความร้อนจำนวนมากที่เกิดจากอุปกรณ์ GAN ในระหว่างการใช้งานเพื่อให้แน่ใจว่าความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ สิ่งนี้ทำให้อุปกรณ์ Gan-on-Sic มีข้อได้เปรียบที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในสถานีฐานการสื่อสาร 5G ระบบเรดาร์การตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์และสาขาอื่น ๆ

Ⅲ- การประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC) เป็นการเคลือบ

การเคลือบ SIC มักจะถูกฝากบนพื้นผิวของพื้นผิวเช่นกราไฟท์เซรามิกหรือโลหะโดยวิธี CVD เพื่อให้คุณสมบัติ SIC ที่ยอดเยี่ยม SIC

สถานการณ์แอปพลิเคชันเฉพาะและการใช้งาน:

1) ส่วนประกอบอุปกรณ์แกะสลักพลาสมา:

ตัวอย่างของส่วนประกอบ: หัวฝักบัว, ซับในห้อง, พื้นผิว ESC, วงแหวนโฟกัส, หน้าต่างกัด

การใช้งาน: ในสภาพแวดล้อมพลาสมาส่วนประกอบเหล่านี้ถูกทิ้งระเบิดด้วยไอออนพลังงานสูงและก๊าซกัดกร่อน การเคลือบ SIC ปกป้องส่วนประกอบที่สำคัญเหล่านี้จากความเสียหายด้วยความแข็งสูงความเสถียรทางเคมีสูงและความต้านทานต่อการพังทลายของพลาสมา

ค่าแอปพลิเคชัน: ยืดอายุการใช้งานส่วนประกอบลดอนุภาคที่เกิดจากการกัดเซาะส่วนประกอบปรับปรุงความเสถียรของกระบวนการและการทำซ้ำลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและการหยุดทำงานและตรวจสอบความสะอาดของการประมวลผลเวเฟอร์

2) ส่วนประกอบอุปกรณ์การเจริญเติบโตของ epitaxial:

ตัวอย่างของส่วนประกอบ: ผู้ให้บริการ/ผู้ให้บริการเวเฟอร์, องค์ประกอบเครื่องทำความร้อน

การใช้งาน: ในสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตของ epitaxial ที่มีอุณหภูมิสูงการเคลือบ SIC (โดยปกติจะเป็น SIC ที่มีความบริสุทธิ์สูง) สามารถให้ความเสถียรอุณหภูมิสูงและความเฉื่อยทางเคมีที่ยอดเยี่ยมเพื่อป้องกันการทำปฏิกิริยากับก๊าซกระบวนการหรือการปลดปล่อยสิ่งสกปรก

ค่าแอปพลิเคชัน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณภาพและความบริสุทธิ์ของชั้น epitaxial ปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิและความแม่นยำในการควบคุม

3) ส่วนประกอบอุปกรณ์กระบวนการอื่น ๆ :

ตัวอย่างส่วนประกอบ: ดิสก์กราไฟท์ของอุปกรณ์ MOCVD, เรือเคลือบ SIC (เรือสำหรับการแพร่กระจาย/ออกซิเดชัน)

การใช้งาน: ให้พื้นผิวที่ทนต่อการกัดกร่อน, ทนอุณหภูมิสูง, ทนทาน, พื้นผิวที่มีความบริสุทธิ์สูง

ค่าแอปพลิเคชัน: ปรับปรุงความน่าเชื่อถือของกระบวนการและอายุการใช้งาน

Ⅳ- การประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC) เป็นส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์เฉพาะอื่น ๆ (ส่วนประกอบผลิตภัณฑ์เฉพาะอื่น ๆ )

นอกเหนือจากการเป็นสารตั้งต้นและการเคลือบแล้ว SIC เองยังถูกประมวลผลโดยตรงไปยังส่วนประกอบที่มีความแม่นยำต่าง ๆ เนื่องจากประสิทธิภาพที่ครอบคลุมที่ยอดเยี่ยม

สถานการณ์แอปพลิเคชันเฉพาะและการใช้งาน:

1) ส่วนประกอบการจัดการเวเฟอร์และการถ่ายโอน:

Examples of components: Robot End Effectors, Vacuum Chucks, Edge Grips, Lift Pins.

การใช้งาน: ส่วนประกอบเหล่านี้ต้องการความแข็งแกร่งสูงความต้านทานการสึกหรอสูงการขยายตัวทางความร้อนต่ำและความบริสุทธิ์สูงเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการสร้างอนุภาคไม่มีรอยขีดข่วนเวเฟอร์และไม่มีการเสียรูปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเมื่อขนส่งเวเฟอร์ด้วยความเร็วสูงและมีความแม่นยำสูง

ค่าแอปพลิเคชัน: ปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความสะอาดของการส่งเวเฟอร์ลดความเสียหายของเวเฟอร์และให้แน่ใจว่าการทำงานที่มั่นคงของสายการผลิตอัตโนมัติ

2) อุปกรณ์โครงสร้างกระบวนการอุณหภูมิสูงชิ้นส่วนโครงสร้าง:

ตัวอย่างของส่วนประกอบ: หลอดเตาสำหรับการแพร่กระจาย/ออกซิเดชัน, เรือ/คานเท้า, ท่อป้องกันเทอร์โมคัปเปิ้ล, หัวฉีด

แอปพลิเคชัน: ใช้ความแข็งแรงอุณหภูมิสูงของ SIC, ความต้านทานการกระแทกด้วยความร้อน, ความเฉื่อยทางเคมีและลักษณะมลพิษต่ำ

ค่าแอปพลิเคชัน: ให้สภาพแวดล้อมกระบวนการที่มั่นคงในการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงการแพร่กระจายการหลอมและกระบวนการอื่น ๆ ยืดอายุการใช้งานอุปกรณ์และลดการบำรุงรักษา

3) ส่วนประกอบเซรามิกที่แม่นยำ:

ตัวอย่างส่วนประกอบ: ตลับลูกปืน, แมวน้ำ, มัคคุเทศก์, แผ่นซัด

แอปพลิเคชัน: ใช้ความแข็งสูงของ SIC ความต้านทานการสึกหรอความต้านทานการกัดกร่อนและความเสถียรของมิติ

ค่าแอปพลิเคชัน: ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในส่วนประกอบเชิงกลบางอย่างที่ต้องใช้ความแม่นยำสูงอายุการใช้งานยาวนานและความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นส่วนประกอบบางอย่างที่ใช้ในอุปกรณ์ CMP (การขัดกลไกทางเคมี)

4) ส่วนประกอบแสง:

ตัวอย่างส่วนประกอบ: กระจกสำหรับเลนส์ UV/X-ray, หน้าต่างออปติคัล

การใช้งาน: ความแข็งแกร่งสูงของ SIC, การขยายตัวทางความร้อนต่ำ, การนำความร้อนสูงและความสามารถในการขัดเงาทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการผลิตกระจกขนาดใหญ่ที่มีเสถียรภาพสูง (โดยเฉพาะในกล้องโทรทรรศน์อวกาศหรือแหล่งรังสีซินโครตรอน)

ค่าแอปพลิเคชัน: ให้ประสิทธิภาพทางแสงที่ยอดเยี่ยมและความเสถียรของมิติภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรง