ไวยากรณ์กราไฟท์ที่เคลือบด้วย SIC คืออะไร?

รูปที่ 1. ไวยากรณ์กราไฟท์เคลือบผิว

1- ชั้น Epitaxial และอุปกรณ์

ในระหว่างกระบวนการผลิตเวเฟอร์เราจำเป็นต้องสร้างเลเยอร์ epitaxial บนพื้นผิวเวเฟอร์บางชนิดเพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตอุปกรณ์ Epitaxy หมายถึงกระบวนการของการปลูกผลึกเดี่ยวใหม่บนพื้นผิวคริสตัลเดี่ยวที่ได้รับการประมวลผลอย่างระมัดระวังโดยการตัดการบดและการขัด ผลึกเดี่ยวใหม่อาจเป็นวัสดุเดียวกับสารตั้งต้นหรือวัสดุที่แตกต่างกัน (homoepitaxial หรือ heteroepitaxial) เนื่องจากชั้นคริสตัลเดี่ยวใหม่เติบโตไปตามเฟสคริสตัลพื้นผิวจึงเรียกว่าชั้น epitaxial และการผลิตอุปกรณ์จะดำเนินการบนชั้น epitaxial 

ตัวอย่างเช่นไฟล์gaas epitaxialเลเยอร์จัดทำขึ้นบนพื้นผิวซิลิกอนสำหรับอุปกรณ์เปล่งแสง LED อันsic epitaxialเลเยอร์ถูกปลูกบนพื้นผิว SIC นำไฟฟ้าสำหรับการสร้าง SBD, MOSFET และอุปกรณ์อื่น ๆ ในแอปพลิเคชันพลังงาน ชั้น epitaxial Gan ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิว SIC กึ่งฉูดฉาดเพื่อผลิตอุปกรณ์เพิ่มเติมเช่น HEMT ในแอปพลิเคชันความถี่วิทยุเช่นการสื่อสาร พารามิเตอร์เช่นความหนาของวัสดุ epitaxial sic และความเข้มข้นของตัวพาพื้นหลังโดยตรงจะกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่หลากหลายของอุปกรณ์ SIC ในกระบวนการนี้เราไม่สามารถทำได้หากไม่มีอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมี (CVD)

รูปที่ 2 โหมดการเติบโตของฟิล์ม epitaxial

2. ความสำคัญของไวรัสกราไฟท์เคลือบ SIC ในอุปกรณ์ CVD

ในอุปกรณ์ CVD เราไม่สามารถวางสารตั้งต้นโดยตรงบนโลหะหรือเพียงแค่บนฐานสำหรับการสะสม epitaxial เนื่องจากมีหลายปัจจัยเช่นทิศทางการไหลของก๊าซ (แนวนอนแนวตั้ง) อุณหภูมิความดันการตรึงและสารปนเปื้อน ดังนั้นเราจำเป็นต้องใช้ไวรัส (ผู้ให้บริการเวเฟอร์) เพื่อวางสารตั้งต้นบนถาดและใช้เทคโนโลยี CVD เพื่อทำการสะสม epitaxial ไวรัสนี้เป็นไวยากรณ์กราไฟท์ที่เคลือบด้วย SIC (เรียกอีกอย่างว่าถาด)

2.1 การประยุกต์ใช้ไวยากรณ์กราไฟท์เคลือบ SIC ในอุปกรณ์ MOCVD

ไวยากรณ์กราไฟท์ที่เคลือบด้วย SIC มีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์ (MOCVD)เพื่อรองรับและความร้อนพื้นผิวคริสตัลเดี่ยว ความเสถียรทางความร้อนและความสม่ำเสมอของความร้อนของไวรัสนี้มีความสำคัญต่อคุณภาพของวัสดุ epitaxial ดังนั้นจึงถือได้ว่าเป็นองค์ประกอบหลักที่ขาดไม่ได้ในอุปกรณ์ MOCVD เทคโนโลยีการสะสมไอสารเคมีอินทรีย์ (MOCVD) ปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายในการเจริญเติบโตของ epitaxial ของฟิล์มบาง ๆ GaN ใน LED สีน้ำเงินเนื่องจากมีข้อดีของการทำงานที่ง่ายอัตราการเจริญเติบโตที่ควบคุมได้และความบริสุทธิ์สูง

ในฐานะที่เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักในอุปกรณ์ MOCVD Vetek Semiconductor graphite venceptor มีหน้าที่รับผิดชอบในการสนับสนุนและให้ความร้อนพื้นผิวคริสตัลเดี่ยวซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอและความบริสุทธิ์ของวัสดุฟิล์มบางและเกี่ยวข้องกับคุณภาพการเตรียมของเวเฟอร์ epitaxial เมื่อจำนวนการใช้งานเพิ่มขึ้นและการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมการทำงานตัวไวไฟกราไฟท์มีแนวโน้มที่จะสวมใส่และถูกจำแนกเป็นวัสดุสิ้นเปลือง

2.2. ลักษณะของไวยากรณ์กราไฟท์เคลือบ SIC

เพื่อตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ MOCVD การเคลือบที่จำเป็นสำหรับผู้ไวต่อกราไฟท์จะต้องมีลักษณะเฉพาะเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานต่อไปนี้:

✔ความคุ้มครองที่ดี: การเคลือบ SIC จะต้องครอบคลุมไวรัสอย่างสมบูรณ์และมีความหนาแน่นสูงในระดับสูงเพื่อป้องกันความเสียหายในสภาพแวดล้อมของก๊าซกัดกร่อน

✔ความแข็งแรงพันธะสูง: การเคลือบควรถูกผูกมัดอย่างแน่นหนากับผู้อ่อนแอและไม่ง่ายที่จะหลุดหลังจากวัฏจักรอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำหลายรอบ

✔ความเสถียรทางเคมีที่ดี: การเคลือบจะต้องมีความเสถียรทางเคมีที่ดีเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวในอุณหภูมิสูงและบรรยากาศที่กัดกร่อน

2.3 ความยากลำบากและความท้าทายในการจับคู่วัสดุกราไฟท์และซิลิคอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC) ทำงานได้ดีในบรรยากาศ epitaxial Gan เนื่องจากข้อดีเช่นความต้านทานการกัดกร่อนการนำความร้อนสูงความต้านทานแรงกระแทกด้วยความร้อนและความเสถียรทางเคมีที่ดี ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของมันคล้ายกับของกราไฟท์ทำให้เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการเคลือบกราไฟท์ไวต่อการเคลือบ

อย่างไรก็ตามหลังจากทั้งหมดกราไฟท์และซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุที่แตกต่างกันสองอย่างและจะยังคงมีสถานการณ์ที่การเคลือบมีอายุการใช้งานสั้น ๆ เป็นเรื่องง่ายที่จะลดลงและเพิ่มค่าใช้จ่ายเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน 

3- เทคโนโลยีการเคลือบ SIC

3.1. ประเภททั่วไปของ sic

ในปัจจุบันประเภททั่วไปของ SIC ได้แก่ 3C, 4H และ 6H และ SIC ประเภทต่าง ๆ เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น 4H-SIC เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์พลังงานสูง 6H-SIC ค่อนข้างมีความเสถียรและสามารถใช้สำหรับอุปกรณ์ออพโตอิเล็กทรอนิกส์และ 3C-SIC สามารถใช้ในการเตรียมเลเยอร์ epitaxial GAN ​​และผลิตอุปกรณ์ SIC-GAN RF เนื่องจากโครงสร้างที่คล้ายคลึงกับ GAN 3C-SIC มักเรียกกันว่าβ-SIC ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับฟิล์มบางและวัสดุเคลือบ ดังนั้นปัจจุบันβ-SIC จึงเป็นหนึ่งในวัสดุหลักสำหรับการเคลือบ

3.2.การเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์วิธีการเตรียม

มีตัวเลือกมากมายสำหรับการเตรียมการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์รวมถึงวิธีเจล-โซลวิธีการฉีดพ่น, วิธีการฉีดพ่นลำแสงไอออน, วิธีการเกิดปฏิกิริยาไอสารเคมี (CVR) และวิธีการสะสมไอสารเคมี (CVD) ในหมู่พวกเขาวิธีการสะสมไอสารเคมี (CVD) ปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการเตรียมสารเคลือบ SIC วิธีนี้สะสมการเคลือบ SIC บนพื้นผิวของสารตั้งต้นผ่านปฏิกิริยาเฟสก๊าซซึ่งมีข้อดีของการยึดติดอย่างใกล้ชิดระหว่างการเคลือบและสารตั้งต้นการปรับปรุงความต้านทานออกซิเดชันและความต้านทานการระเหยของวัสดุพื้นผิว

วิธีการเผาที่อุณหภูมิสูงโดยการวางสารตั้งต้นกราไฟท์ในผงฝังตัวและเผามันที่อุณหภูมิสูงภายใต้บรรยากาศเฉื่อยในที่สุดก็ก่อให้เกิดการเคลือบ SIC บนพื้นผิวของพื้นผิวซึ่งเรียกว่าวิธีการฝัง แม้ว่าวิธีนี้จะง่ายและการเคลือบจะถูกผูกมัดอย่างแน่นหนากับสารตั้งต้น แต่ความสม่ำเสมอของการเคลือบในทิศทางความหนานั้นไม่ดีและหลุมมีแนวโน้มที่จะปรากฏขึ้นซึ่งจะช่วยลดความต้านทานออกซิเดชัน

✔วิธีการฉีดพ่นเกี่ยวข้องกับการฉีดวัตถุดิบของเหลวบนพื้นผิวของพื้นผิวกราไฟท์จากนั้นทำให้วัตถุดิบแข็งตัวที่อุณหภูมิเฉพาะเพื่อสร้างการเคลือบ แม้ว่าวิธีนี้จะมีต้นทุนต่ำ แต่การเคลือบจะถูกยึดติดกับสารตั้งต้นอย่างอ่อนและการเคลือบมีความสม่ำเสมอความหนาบางความหนาบางและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ไม่ดีและมักจะต้องได้รับการรักษาเพิ่มเติม

✔เทคโนโลยีการฉีดพ่นไอออนไอออนใช้ปืนลำแสงไอออนเพื่อพ่นหลอมเหลวหรือวัสดุหลอมเหลวบางส่วนลงบนพื้นผิวของพื้นผิวกราไฟท์ซึ่งจะทำให้แข็งตัวและยึดติดเพื่อสร้างการเคลือบ แม้ว่าการดำเนินการนั้นง่ายและสามารถผลิตสารเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ได้ค่อนข้างหนาแน่น แต่การเคลือบก็ง่ายต่อการทำลายและมีความต้านทานต่อการออกซิเดชั่นที่ไม่ดี มันมักจะใช้ในการเตรียมการเคลือบคอมโพสิต SIC คุณภาพสูง

✔วิธีโซลเจลวิธีนี้เกี่ยวข้องกับการเตรียมสารละลายโซลที่เหมือนกันและโปร่งใสใช้กับพื้นผิวของสารตั้งต้นแล้วอบแห้งและเผาเพื่อสร้างการเคลือบ แม้ว่าการดำเนินการนั้นง่ายและค่าใช้จ่ายต่ำ แต่การเคลือบที่เตรียมไว้นั้นมีความต้านทานต่อการกระแทกด้วยความร้อนต่ำและมีแนวโน้มที่จะแตกดังนั้นช่วงการใช้งานจึงมี จำกัด

✔เทคโนโลยีปฏิกิริยาไอสารเคมี (CVR): CVR ใช้ผง Si และ SiO2 เพื่อสร้างไอไอโอและสร้างการเคลือบ SIC โดยปฏิกิริยาเคมีบนพื้นผิวของวัสดุคาร์บอนวัสดุ แม้ว่าจะสามารถเตรียมการเคลือบได้อย่างแน่นหนา แต่จำเป็นต้องมีอุณหภูมิปฏิกิริยาที่สูงขึ้นและค่าใช้จ่ายสูง

✔การสะสมไอเคมี (CVD): ปัจจุบัน CVD เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการเตรียมสารเคลือบ SIC และการเคลือบ SIC นั้นเกิดจากปฏิกิริยาเฟสก๊าซบนพื้นผิวของสารตั้งต้น การเคลือบที่เตรียมโดยวิธีนี้จะถูกผูกมัดอย่างใกล้ชิดกับสารตั้งต้นซึ่งช่วยปรับปรุงความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันของสารตั้งต้นและการต้านทานการระเหย แต่ต้องใช้เวลาการสะสมที่ยาวนานและก๊าซปฏิกิริยาอาจเป็นพิษ

รูปที่ 3. แผนภาพการสะสมไอเคมี

4- การแข่งขันในตลาดและมันเป็นเซมิคอนดักเตอร์นวัตกรรมทางเทคโนโลยี

ในตลาดพื้นผิวกราไฟท์เคลือบ SIC ผู้ผลิตต่างประเทศเริ่มต้นก่อนหน้านี้ด้วยข้อได้เปรียบชั้นนำที่ชัดเจนและส่วนแบ่งการตลาดที่สูงขึ้น ในระดับสากล Xycard ในเนเธอร์แลนด์, SGL ในประเทศเยอรมนี, Toyo Tanso ในญี่ปุ่นและ MEMC ในสหรัฐอเมริกาเป็นซัพพลายเออร์หลักและพวกเขาก็ผูกขาดตลาดต่างประเทศ อย่างไรก็ตามตอนนี้จีนได้เจาะผ่านเทคโนโลยีหลักของการเคลือบ SIC ที่เติบโตอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของพื้นผิวกราไฟท์และคุณภาพของลูกค้าได้รับการตรวจสอบโดยลูกค้าทั้งในและต่างประเทศ ในขณะเดียวกันก็มีข้อได้เปรียบในการแข่งขันบางอย่างในราคาซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ MOCVD สำหรับการใช้พื้นผิวกราไฟท์เคลือบ SIC 

มันเป็นเซมิคอนดักเตอร์ มีส่วนร่วมในการวิจัยและพัฒนาในสาขาการเคลือบ sicเป็นเวลานานกว่า 20 ปี ดังนั้นเราจึงเปิดตัวเทคโนโลยีเลเยอร์บัฟเฟอร์เดียวกับ SGL ด้วยเทคโนโลยีการประมวลผลพิเศษสามารถเพิ่มชั้นบัฟเฟอร์ระหว่างกราไฟท์และซิลิกอนคาร์ไบด์เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานการบริการมากกว่าสองครั้ง