Silicio karbido epitaksijos medžiaga

Silicio karbidas, turintis cheminę formulę SIC, yra sudėtinė puslaidininkinė medžiaga, suformuota stiprių kovalentinių jungčių tarp silicio (SI) ir anglies (C) elementų. Turėdamas puikias fizines ir chemines savybes, jis vaidina vis svarbesnį vaidmenį daugelyje pramoninių laukų, ypač reikalaujančiame puslaidininkių gamybos procese.

Ⅰ. Pagrindinės fizinės silicio karbido savybės (SIC)

SiC fizinių savybių supratimas yra pagrindas suprasti jos taikymo vertę:

1) Didelis kietumas:

SIC Mohs kietumas yra maždaug 9–9,5, antras-tik į deimantą. Tai reiškia, kad jis turi puikų atsparumą nusidėvėjimui ir įbrėžimams.

Taikymo vertė: Puslaidininkių perdirbimo metu tai reiškia, kad dalys, pagamintos iš SiC (pvz., Robotų rankos, griebtuvai, šlifavimo diskai), turi ilgesnį tarnavimo laiką, sumažina dalelių susidarymą, kurį sukelia susidėvėjimas, ir taip pagerina proceso švarą ir stabilumą.

2) Puikios šiluminės savybės:

● Didelis šilumos laidumas: 

SIC šilumos laidumas yra daug didesnis nei tradicinių silicio medžiagų ir daugelio metalų (iki 300–490W/(monių) kambario temperatūroje, atsižvelgiant į jo kristalų formą ir grynumą).

Taikymo vertė: ji gali greitai ir efektyviai išsklaidyti šilumą. Tai labai svarbu, kad būtų galima išsklaidyti didelės galios puslaidininkių įtaisus, kurie gali užkirsti kelią įrenginiui perkaiti ir gedimą, ir pagerinti prietaiso patikimumą ir našumą. Proceso įrangoje, tokiose kaip šildytuvai ar aušinimo plokštės, didelis šilumos laidumas užtikrina temperatūros vienodumą ir greitą atsaką.

● Žemas šiluminio išsiplėtimo koeficientas: SIC turi mažai matmenų pokyčių plačiame temperatūros diapazone.

Taikymo vertė: Puslaidininkių procesuose, kurie patiria drastiškus temperatūros pokyčius (tokius kaip greitas šiluminis atkaitinimas), SIC dalys gali išlaikyti savo formą ir matmenų tikslumą, sumažinti stresą ir deformaciją, kurią sukelia šiluminis neatitikimas, ir užtikrinti apdorojimo tikslumą ir prietaiso derlių.

● Puikus šiluminis stabilumas: SIC gali išlaikyti savo struktūrą ir našumo stabilumą esant aukštai temperatūrai ir atlaikyti temperatūrą iki 1600 ∘C ar net aukštesnės inertinės atmosferoje.

Taikymo vertė: Tinka aukštos temperatūros proceso aplinkai, tokioms kaip epitaksinis augimas, oksidacija, difuzija ir kt., Ir nėra lengva suskaidyti ar reaguoti su kitomis medžiagomis.

● Geras atsparumas šiluminiam šokui: gali atlaikyti greitus temperatūros pokyčius be įtrūkimo ar nepažeidimo.

Taikymo vertė: SIC komponentai yra patvaresni proceso etapuose, kuriems reikia greito temperatūros kilimo ir kritimo.

3） Geriausios elektrinės savybės (ypač puslaidininkių prietaisams):

● Platus juostos juostas: SIC juostos juosta yra maždaug tris kartus didesnė nei silicio (SI) (pavyzdžiui, 4H-SIC yra apie 3,26EV, o SI-apie 1,12EV).

Programos vertė:

Aukšta darbinė temperatūra: Dėl plataus juostos didelės juostos vidinė SIC prietaisų nešiklio koncentracija vis dar yra labai žema aukštoje temperatūroje, todėl jis gali veikti daug aukštesnėje temperatūroje nei silicio įtaisai (iki 300 ∘C ar daugiau).

Aukšto skilimo elektrinis laukas: SIC skilimo elektrinio lauko stipris yra beveik 10 kartų didesnis nei silicio. Tai reiškia, kad esant tam pačiam atsparumui įtampai, SiC įtaisai gali būti plonesni, o dreifo regiono atsparumas yra mažesnis, taip sumažinant laidumo nuostolius.

Stiprus atsparumas radiacijai: Dėl plataus juostos juostos taip pat yra geresnis atsparumas radiacijai ir yra tinkamas specialioms aplinkoms, tokioms kaip aviacijos ir kosmosas.

● Aukštas soties elektronų dreifo greitis: SIC prisotinimo elektronų dreifo greitis yra dvigubai didesnis nei silicio.

Taikymo vertė: Tai leidžia SIC įrenginiams veikti esant didesniams perjungimo dažniams, o tai yra naudinga mažinant pasyvių komponentų, tokių kaip induktoriai ir kondensatoriai, tūrio ir svorio mažinimą ir sistemos galios tankį.

4） Puikus cheminis stabilumas:

SIC turi stiprų atsparumą korozijai ir nereaguoja su daugumos rūgščių, bazių ar išlydytų druskų kambario temperatūroje. Jis reaguoja su tam tikrais stipriais oksidantais arba išlydytomis bazėmis tik esant aukštai temperatūrai.

Taikymo vertė: procesuose, kuriuose dalyvauja ėsdinančios cheminės medžiagos, tokios kaip puslaidininkių šlapias ėsdinimas ir valymas, SiC komponentai (pvz., Laivai, vamzdžiai ir purkštukai) turi ilgesnį aptarnavimo tarnavimo laiką ir mažesnę užteršimo riziką. Sausuose procesuose, tokiuose kaip plazmos ofortas, jos tolerancija plazmai taip pat yra geresnė nei daugelis tradicinių medžiagų.

5）Didelis grynumas (pasiekiamas didelis grynumas):

Didelio grynumo SIC medžiagas galima paruošti tokiais metodais kaip cheminio garų nusėdimas (CVD).

Vartotojo vertė: Puslaidininkių gamyboje medžiagų grynumas yra kritinis, o bet kokios priemaišos gali turėti įtakos įrenginio našumui ir išeigai. Didelio grynumo SIC komponentai sumažina silicio plokštelių užteršimą ar proceso aplinką.

Ⅱ. Silicio karbido (sic) taikymas kaip epitaksinis substratas

SIC vienviečiai kristalų plokštelės yra pagrindinės substrato medžiagos, skirtos gaminti aukštos kokybės SiC galios įtaisus (tokius kaip „Mosfets“, „JFET“, SBD) ir „Galilium“ nitrido (GAN) RF/galios įtaisai.

Konkretūs taikymo scenarijai ir naudojimas:

1) SiC-On-SiC epitaksija:

Naudojimas: Ant didelio grynumo SiC vieno kristalo substrato, SiC epitaksinį sluoksnį su specifiniu dopingu ir storiu augina cheminė garų epitaksija (CVD), kad būtų sukurta aktyvi SIC galios įtaisų plotas.

Taikymo vertė: Puikus SIC substrato šilumos laidumas padeda prietaisui išsklaidyti šilumą, o plačios juostos juostos charakteristikos leidžia įrenginiui atlaikyti aukštą įtampą, aukštą temperatūrą ir aukšto dažnio veikimą. Dėl šios priežasties „SiC Power“ įtaisai gerai veikia naujose energetines transporto priemones (elektros valdymas, įkrovimo poliai), fotoelektriniai keitikliai, pramoninių variklių pavaros, išmanieji tinklai ir kiti laukai, žymiai pagerinant sistemos efektyvumą ir sumažinant įrangos dydį bei svorį.

2) „Gan-on-SiC“ epitaksija:

Naudojimas: SiC substratai yra idealūs aukštos kokybės GAN epitaksiniams sluoksniams (ypač aukšto dažnio, didelės galios RF prietaisams, tokiems kaip Hemts), dėl jų gero gardelės, atitinkančios su GAN (palyginti su safyru ir siliciu), ir ypač dideliu šilumos laidumu.

Taikymo vertė: SIC substratai gali efektyviai atlikti didelį kiekį šilumos, kurią GAN prietaisai sukuria veikimo metu, kad užtikrintų prietaisų patikimumą ir veikimą. Dėl šios priežasties „Gan-on-SiC“ prietaisai turi nepakeičiamus pranašumus 5G ryšio bazinėse stotyse, radaro sistemose, elektroninėse atsakomybės priemonėse ir kitose srityse.

Ⅲ. Silicio karbido (SIC) taikymas kaip danga

SiC dangos paprastai nusėda ant substratų, tokių kaip grafitas, keramika ar metalai, paviršiuje, naudojant CVD metodą, kad būtų suteiktos puikios substrato savybės.

Konkretūs taikymo scenarijai ir naudojimas:

1) Plazmos ėsdinimo įrangos komponentai:

Komponentų pavyzdžiai: dušo galvutės, kameros įdėklai, ESC paviršiai, fokusavimo žiedai, „Etch Windows“.

Naudojimas: Plazmos aplinkoje šie komponentai yra bombarduojami didelės energijos jonais ir ėsdinančiomis dujomis. SiC dangos apsaugo šiuos kritinius komponentus nuo pažeidimo dėl didelio kietumo, didelio cheminio stabilumo ir atsparumo plazmos erozijai.

Taikymo vertė: prailginkite komponentų tarnavimo laiką, sumažinkite daleles, kurias sukuria komponentų erozija, pagerinkite proceso stabilumą ir pakartojamumą, sumažinkite priežiūros sąnaudas ir prastovą bei užtikrinkite vaflių apdorojimo švarą.

2) Epitaksinės augimo įrangos komponentai:

Komponentų pavyzdžiai: „Stabdytojai“/„Vaflių nešėjai“, šildytuvo elementai.

Naudojimas: Aukštos temperatūros, didelio grynumo epitaksinio augimo aplinkoje SiC dangos (paprastai didelio grynumo SIC) gali užtikrinti puikų aukštos temperatūros stabilumą ir cheminį inertiškumą, kad būtų išvengta reakcijos su proceso dujomis arba išlaisvintų priemaišas.

Taikymo vertė: Užtikrinkite epitaksinio sluoksnio kokybę ir grynumą, pagerinkite temperatūros vienodumą ir valdymo tikslumą.

3) Kiti proceso įrangos komponentai:

Komponentų pavyzdžiai: MOCVD įrangos grafito diskai, SIC dengtos valtys (valtys difuzijai/oksidacijai).

Naudojimas: Pateikite atsparius korozijai, aukštai temperatūrai atsparius, didelio grynumo paviršius.

Taikymo vertė: pagerinkite proceso patikimumą ir komponentų tarnavimo laiką.

Ⅳ. Silicio karbido (SIC) taikymas kaip kiti konkretūs produkto komponentai (kiti konkretūs produkto komponentai)

Pats SIC yra ne tik substratas ir danga, bet ir tiesiogiai perdirbamas į įvairius tikslumo komponentus dėl puikaus išsamaus našumo.

Konkretūs taikymo scenarijai ir naudojimas:

1) Vaflių tvarkymo ir perdavimo komponentai:

Komponentų pavyzdžiai: roboto galiniai efektoriai, vakuuminiai griebtuvai, kraštų rankenos, kėlimo kaiščiai.

Naudojimas: Šie komponentai reikalauja didelio tvirtumo, didelio atsparumo dilimui, mažam šiluminiam išsiplėtimui ir dideliam grynumui, kad būtų užtikrinta, jog nėra generalinių dalelių, nėra įbrėžimų vaflių ir nėra deformacijos dėl temperatūros pokyčių, transportuojant vaflius dideliu greičiu ir dideliu tikslumu.

Taikymo vertė: pagerinkite vaflių perdavimo patikimumą ir švarą, sumažinkite vaflių pažeidimus ir užtikrinkite stabilų automatinių gamybos linijų veikimą.

2) Aukštos temperatūros proceso įrangos konstrukcinės dalys:

Komponentų pavyzdžiai: krosnies vamzdžiai difuzijai/oksidacijai, valtys/konsolai, apsaugos nuo termoelementų vamzdžiai, purkštukai.

Taikymas: naudokite SIC aukštos temperatūros stiprumą, šiluminio smūgio atsparumą, cheminį inertiškumą ir žemą taršos charakteristikas.

Taikymo vertė: Sudarykite stabilią proceso aplinką aukštos temperatūros oksidacijos, difuzijos, atkaitinimo ir kitų procesų metu, prailginkite įrangos tarnavimo laiką ir sumažinkite techninę priežiūrą.

3) Tikslūs keraminiai komponentai:

Komponentų pavyzdžiai: guoliai, sandarikliai, vadovai, plokščios plokštės.

Taikymas: naudokite aukštą SIC kietumą, atsparumą nusidėvėjimui, atsparumui korozijai ir matmenų stabilumui.

Taikymo vertė: Puikus kai kurių mechaninių komponentų, kuriems reikalingas didelis tikslumas, ilgas tarnavimas ir atsparumas atšiaurioms aplinkoms, našumas, pavyzdžiui, kai kurie komponentai, naudojami CMP (cheminės mechaninės poliravimo) įrangoje.

4) Optiniai komponentai:

Komponentų pavyzdžiai: UV/rentgeno optikos veidrodžiai, optiniai langai.

Naudojimas: didelis SIC tvirtumas, mažas šiluminis išsiplėtimas, didelis šilumos laidumas ir šlifavimas daro jį idealia medžiaga didelio masto didelio stabilumo veidrodžiams gaminti (ypač kosminių teleskopų ar sinchrotrono radiacijos šaltiniuose).

Taikymo vertė: suteikia puikų optinį našumą ir matmenų stabilumą ekstremaliomis sąlygomis.