Material silicijevega karbida epitaksija

Silicijev karbid s kemijsko formulo sic je sestavljen polprevodniški material, ki ga tvorijo močne kovalentne vezi med elementi silicija (SI) in ogljikovo (c). S svojimi odličnimi fizikalnimi in kemičnimi lastnostmi ima vse pomembnejšo vlogo na številnih industrijskih področjih, zlasti v zahtevnem procesu proizvodnje polprevodnikov.

Ⅰ. Jedrne fizikalne lastnosti silicijevega karbida (sic)

Razumevanje fizičnih lastnosti SIC je osnova za razumevanje njene vrednosti uporabe:

1) Visoka trdota:

MOHS trdota sic je približno 9-9,5, na drugem mestu pa le diamant. To pomeni, da ima odlično odpornost na obrabo in praske.

Vrednost uporabe: Pri polprevodniškem obdelavi to pomeni, da imajo deli SIC (na primer robotske roke, chucks, brusilni diski) daljšo življenjsko dobo, zmanjšajo ustvarjanje delcev, ki jo povzroča obraba, in s tem izboljšajo čistočo in stabilnost postopka.

2) Odlične toplotne lastnosti:

● Visoka toplotna prevodnost: 

Toplotna prevodnost SIC je veliko večja kot pri tradicionalnih silicijevih materialih in številnih kovinah (do 300–490W/(M⋅K) pri sobni temperaturi, odvisno od njegove kristalne oblike in čistosti).

Vrednost aplikacije: Toploto lahko hitro in učinkovito razprši. To je ključnega pomena za odvajanje toplotnih polprevodniških naprav z visoko močjo, kar lahko prepreči, da bi se naprava pregrela in odpovedala ter izboljšala zanesljivost in zmogljivost naprave. V procesni opremi, kot so grelniki ali hladilne plošče, visoka toplotna prevodnost zagotavlja temperaturno enakomernost in hiter odziv.

● Koeficient nizke toplotne ekspanzije: SIC ima majhne dimenzijske spremembe v širokem temperaturnem območju.

Vrednost uporabe: V polprevodniških procesih, ki doživljajo drastične temperaturne spremembe (kot je hitro toplotno žarjenje), lahko SIC deli ohranijo obliko in dimenzijsko natančnost, zmanjšajo stres in deformacijo, ki jih povzroča toplotna neusklajenost, in zagotovijo natančnost obdelave in donos naprave.

● Odlična toplotna stabilnost: SIC lahko ohrani svojo strukturo in stabilnost zmogljivosti pri visokih temperaturah in lahko zdrži temperature do 1600 ∘C ali celo višje v inertni atmosferi.

Vrednost aplikacije: Primerno za visokotemperaturna procesna okolja, kot so epitaksialna rast, oksidacija, difuzija itd., In ni enostavno razgraditi ali reagirati z drugimi snovmi.

● Dobra odpornost na toplotni udar: Zmogoče se, da se hitro temperaturno spreminjajo brez razpok ali poškodb.

Vrednost aplikacije: SIC komponente so v procesnih korakih bolj trajne, ki zahtevajo hitro dvig temperature in padec.

3） Vrhunske električne lastnosti (zlasti za polprevodniške naprave):

● Širok pas: SIC je približno trikrat več kot silicij (Si) (na primer 4H-SIC je približno 3,26ev, Si pa približno 1,12ev).

Vrednost aplikacije:

Visoka obratovalna temperatura: Širok pas naredi lastno koncentracijo nosilca naprav SIC še vedno zelo nizko pri visokih temperaturah, tako da lahko deluje pri temperaturah, veliko višjih od silicijevih naprav (do 300 ° C ali več).

Električno polje z visokim razpadom: trdnost električnega polja SIC je skoraj 10 -krat večja od silicija. To pomeni, da je na isti stopnji napetosti lahko naprave SIC tanjše, upornost območja pa je manjša, s čimer zmanjša izgube prevodnosti.

Močna odpornost na sevanje: Široka pasova ima tudi boljšo odpornost na sevanje in je primerna za posebna okolja, kot je vesoljski prostor.

● Hitrost za nasičenost elektronov: Hitrost za nasičenost Electron Electron SIC je dvakrat večja od silicija.

Vrednost aplikacije: To omogoča, da naprave SIC delujejo pri višjih stikalnih frekvencah, kar je koristno za zmanjšanje volumna in teže pasivnih komponent, kot so induktorji in kondenzatorji v sistemu in izboljšanje gostote moči sistema.

4） Odlična kemična stabilnost:

SIC ima močno korozijsko odpornost in ne reagira z večino kislin, baz ali staljenih soli pri sobni temperaturi. Reagira z nekaterimi močnimi oksidanti ali staljenimi osnovami le pri visokih temperaturah.

Vrednost uporabe: V procesih, ki vključujejo korozivne kemikalije, kot so polprevodniško mokro jedkanje in čiščenje, komponente SIC (kot so čolni, cevi in ​​šobe) imajo daljšo življenjsko dobo in manjše tveganje za kontaminacijo. V suhih procesih, kot je jedkanje v plazmi, je njegova toleranca na plazmo tudi boljša od mnogih tradicionalnih materialov.

5）Visoka čistost (dosegljiva visoka čistost):

Materiale visoke čistosti SIC lahko pripravimo po metodah, kot je nalaganje kemičnih hlapov (CVD).

Vrednost uporabnika: Pri proizvodnji polprevodnikov je čistost materiala kritična, kakršne koli nečistoče pa lahko vpliva na delovanje in donosnost naprave. Komponente SIC z visoko čistostjo zmanjšujejo kontaminacijo silicijevih rezin ali procesnih okolij.

Ⅱ. Uporaba silicijevega karbida (sic) kot epitaksialnega substrata

SIC enojne kristalne rezine so ključni materiali substrata za izdelavo visokozmogljivih naprav SIC (kot so MOSFET, JFET, SBDS) in Gallium nitrid (GAN) RF/napajalne naprave.

Posebni scenariji in uporabe:

1) Epitaksija sic-na SIC:

Uporaba: Na enojnem enojnem kristalnem substratu SiC se s kemično paro (CVD) goji sic epitaksialna plast s specifičnim dopingom in debelino, da se konstruira aktivno območje naprav SIC napajanja.

Vrednost aplikacije: Odlična toplotna prevodnost substrata SIC pomaga napravi, da razprši toploto, široke značilnosti pasu pa omogočajo, da napravi prenese visoko napetost, visoko temperaturo in visokofrekvenčno delovanje. Zaradi tega so naprave za napajanje SIC dobro delujoče v novih energetskih vozilih (električni nadzor, polnjenje pilotov), ​​fotovoltaičnih pretvornikih, industrijskih motornih pogonih, pametnih omrežjih in drugih poljih, kar bistveno izboljšuje učinkovitost sistema in zmanjšuje velikost in težo opreme.

2) Epitaksija gan-on-sic:

Uporaba: SIC substrati so idealni za gojenje visokokakovostnih epitaksialnih plasti GAN (zlasti za visokofrekvenčne RF naprave z visoko močjo, kot so Hemts) zaradi njihove dobre rešetke z GAN (v primerjavi s safirjem in silicijem) in izjemno visoke toplotne prevodnosti.

Vrednost aplikacije: SIC substrati lahko učinkovito izvedejo veliko količino toplote, ki jo med delovanjem ustvarijo naprave GAN, da se zagotovi zanesljivost in delovanje naprav. Zaradi tega imajo naprave GAN-ON-SIC nenadomestljive prednosti na 5G komunikacijskih postaj, radarskih sistemih, elektronskih protiukrepih in drugih poljih.

Ⅲ. Uporaba silicijevega karbida (sic) kot prevleke

SIC prevleke se običajno odlagajo na površino substratov, kot so grafit, keramika ali kovine po metodi CVD, da se substratni sic odlični lastnosti.

Posebni scenariji in uporabe:

1) komponente opreme za jedkanje plazme:

Primeri komponent: tuš kabine, komorne obloge, površine ESC, fokusni obroči, okna jedkanic.

Uporaba: V plazemskem okolju te komponente bombardirajo visokoenergijski ioni in korozivni plini. SIC prevleke ščitijo te kritične sestavine pred poškodbami z visoko trdoto, visoko kemično stabilnostjo in odpornostjo na erozijo v plazmi.

Vrednost aplikacije: podaljšajte življenjsko dobo komponent, zmanjšajte delce, ustvarjene z erozijo komponent, izboljšati stabilnost in ponovljivost procesa, zmanjšati stroške vzdrževanja in izpad ter zagotoviti čistočo obdelave rezin.

2) komponente opreme za epitaksialno rast:

Primeri komponent: obširji/nosilci rezin, grelni elementi.

Uporaba: V visokotemperaturnih epitaksialnih rastnih okoljih z visoko temperaturo lahko sic prevleke (ponavadi sic z visoko čistostjo) zagotavljajo odlično visokotemperaturno stabilnost in kemično inertnost, da preprečijo reakcijo s procesnimi plini ali sproščanjem nečistoč.

Vrednost uporabe: Zagotovite kakovost in čistost epitaksialne plasti, izboljšajte enakomernost temperature in natančnost nadzora.

3) Druge komponente opreme:

Primeri komponent: grafitni diski opreme MOCVD, čolni, prevlečeni s sic (čolni za difuzijo/oksidacijo).

Uporaba: Zagotavljanje korozijskih, visokotemperaturnih površin, odpornih na visoko temperaturo.

Vrednost aplikacije: izboljšati zanesljivost procesa in življenjsko dobo komponent.

Ⅳ. Uporaba silicijevega karbida (sic) kot drugih specifičnih komponent izdelka (druge posebne komponente izdelka)

Poleg tega, da je substrat in prevleka, je SIC zaradi svoje odlične celovite zmogljivosti neposredno obdelan tudi v različne natančne komponente.

Posebni scenariji in uporabe:

1) Komponente za ravnanje z režami in prenos:

Primeri komponent: končni efektorji robota, vakuumski chucks, robni ročaji, dvižni zatiči.

Uporaba: Te komponente zahtevajo visoko togost, visoko odpornost na obrabo, nizko toplotno ekspanzijo in visoko čistost, da se zagotovi, da se ne ustvarjajo delci, brez prask rezin in brez deformacije zaradi temperaturnih sprememb pri prenašanju rezin z veliko hitrostjo in visoko natančnostjo.

Vrednost aplikacije: Izboljšajte zanesljivost in čistočo prenosa rezin, zmanjšajte poškodbe rezin in zagotovite stabilno delovanje avtomatiziranih proizvodnih linij.

2) Visokotemperaturna procesna oprema Strukturni deli:

Primeri komponent: cevi za peči za difuzijo/oksidacijo, čolni/konzole, zaščitne cevi za termoelemen, šob.

Uporaba: Uporabite visoko temperaturno trdnost SIC, odpornost na toplotni udar, kemično inertnost in nizke značilnosti onesnaževanja.

Vrednost uporabe: Zagotovite stabilno procesno okolje pri visokotemperaturni oksidaciji, difuziji, žarjenju in drugih procesih, podaljša življenjsko dobo opreme in zmanjša vzdrževanje.

3) natančne keramične komponente:

Primeri sestavnih delov: ležaji, tesnila, vodniki, plošče.

Uporaba: Uporabite visoko trdoto SIC, odpornost na obrabo, korozijsko odpornost in dimenzijsko stabilnost.

Vrednost uporabe: Odlična zmogljivost v nekaterih mehanskih komponentah, ki zahtevajo visoko natančnost, dolgo življenjsko dobo in odpornost proti težkim okoljem, kot so nekatere komponente, ki se uporabljajo v opremi CMP (kemično mehansko poliranje).

4) Optične komponente:

Primeri komponent: ogledala za UV/rentgensko optiko, optična okna.

Uporaba: Visoka togost SIC, nizka toplotna ekspanzija, visoka toplotna prevodnost in poliranje omogočajo idealen material za izdelavo obsežnih ogledal z veliko stabilnostjo (zlasti v vesoljskih teleskopih ali virih sevanja sinhrotrona).

Vrednost aplikacije: Omogoča odlično optično zmogljivost in dimenzijsko stabilnost v ekstremnih pogojih.