Zer da SiC estalitako grafito suszeptorea?

1. Irudia.SiC-ez estalitako grafito suszeptorea

1. Geruza epitaxiala eta bere ekipamendua

Obleak fabrikatzeko prozesuan, obleen substratu batzuetan geruza epitaxial bat eraiki behar dugu gailuen fabrikazioa errazteko. Epitaxiak kristal bakarreko substratu bakarreko kristal berri bat hazteko prozesuari egiten dio erreferentzia, ebaki, arteztu eta leuntuz arretaz prozesatu dena. Kristal bakar berria substratuaren material bera izan daiteke, edo material ezberdin bat (homoepitaxiala edo heteroepitaxiala). Kristal bakarreko geruza berria substratuaren kristal fasean zehar hazten denez, geruza epitaxial deitzen zaio eta gailuaren fabrikazioa geruza epitaxialean egiten da. 

Adibidez, aGaAs epitaxialageruza siliziozko substratu batean prestatzen da LED argia igortzen duten gailuetarako; aSiC epitaxialageruza SiC substratu eroale batean hazten da SBD, MOSFET eta beste gailu batzuen eraikuntza potentzia aplikazioetan; GaN geruza epitaxial bat SiC substratu erdi isolatzaile baten gainean eraikitzen da HEMT bezalako gailuak gehiago fabrikatzeko irrati-maiztasuneko aplikazioetan, hala nola komunikazioetan. SiC material epitaxialen lodiera eta atzeko eramailearen kontzentrazioa bezalako parametroek zuzenean determinatzen dituzte SiC gailuen propietate elektriko desberdinak. Prozesu honetan, ezin dugu lurrun-deposizio kimikoko (CVD) ekiporik gabe egin.

2. Irudia. Film epitaxialeko hazkuntza moduak

2. SiC estalitako grafito suszeptorearen garrantzia CVD ekipoetan

CVD ekipoetan, ezin dugu substratua zuzenean metalaren gainean jarri edo, besterik gabe, deposizio epitaxialerako oinarri batean, faktore asko inplikatzen dituelako, hala nola gasaren fluxuaren norabidea (horizontala, bertikala), tenperatura, presioa, finkapena eta kutsatzaileak. Beraz, susceptor bat erabili behar dugu(ostia eramailea) substratua erretilu batean jartzea eta CVD teknologia erabiltzea bertan deposizio epitaxiala egiteko. Susceptor hau SiC estalitako grafito susceptor da (erretilu bat ere deitzen zaio).

2.1 SiC estalitako grafito suszeptorearen aplikazioa MOCVD ekipoetan

SiC estalitako grafito suszeptoreak funtsezko zeregina dumetal organiko kimiko lurrun-deposizioko ekipoak (MOCVD).kristal bakarreko substratuak eusteko eta berotzeko. Susceptor honen egonkortasun termikoa eta uniformetasun termikoa funtsezkoak dira material epitaxialen kalitaterako, beraz, ezinbesteko oinarrizko osagaitzat hartzen da MOCVD ekipoetan. Metal organiko kimiko lurrun-deposizioaren teknologia (MOCVD) teknologia gaur egun oso erabilia da GaN film meheen hazkuntza epitaxialean LED urdinetan funtzionamendu sinplearen, hazkunde-tasa kontrolagarriaren eta purutasun handiko abantailak dituelako.

MOCVD ekipamenduko osagai nagusietako bat denez, Vetek erdieroaleen grafitoaren susceptor kristal bakarreko substratuak eusteaz eta berotzeaz arduratzen da, film meheko materialen uniformetasunari eta garbitasunari zuzenean eragiten diona, eta, beraz, epitaxial obleen prestaketa-kalitatearekin lotuta dago. Erabilera kopurua handitzen den heinean eta lan-ingurunea aldatzen den heinean, grafitoaren suszeptorea higatzeko joera dago eta, beraz, kontsumigarri gisa sailkatzen da.

2.2. SIC estalitako grafito suszeptorearen ezaugarriak

MOCVD ekipoen beharrei erantzuteko, grafitoaren suszeptorerako behar den estaldurak ezaugarri zehatzak izan behar ditu estandar hauek betetzeko:

✔  Estaldura ona: SiC estaldurak suszeptorea guztiz estali behar du eta dentsitate handia izan behar du gas korrosiboaren ingurunean kalteak saihesteko.

✔  Lotura indar handia: Estaldura suszeptoreari sendo lotu behar zaio eta ez da erraza erortzen tenperatura altuko eta tenperatura baxuko hainbat zikloren ondoren.

✔  Egonkortasun kimiko ona: Estaldurak egonkortasun kimiko ona izan behar du tenperatura altuetan eta atmosfera korrosiboetan hutsegiteak ekiditeko.

2.3 Grafitozko eta siliziozko karburozko materialak parekatzeko zailtasunak eta erronkak

Silizio karburoak (SiC) ondo funtzionatzen du GaN atmosfera epitaxialetan, korrosioarekiko erresistentzia, eroankortasun termiko handia, shock termikoarekiko erresistentzia eta egonkortasun kimiko ona bezalako abantailengatik. Bere hedapen termikoaren koefizientea grafitoaren antzekoa da, eta grafitoaren estaldura suszeptoreetarako hobetsitako materiala da.

Hala ere, azken finean,grafitoaetasilizio karburoabi material ezberdin dira, eta oraindik egongo dira estaldurak bizitza laburra duen, erortzeko erraza den eta dilatazio termikoko koefiziente desberdinen ondorioz kostuak handitzen dituen egoerak. 

3. SiC estaldura teknologia

3.1. SiC mota arruntak

Gaur egun, SiC mota arruntak 3C, 4H eta 6H dira, eta SiC mota desberdinak helburu ezberdinetarako egokiak dira. Adibidez, 4H-SiC potentzia handiko gailuak fabrikatzeko egokia da, 6H-SiC nahiko egonkorra da eta gailu optoelektronikoetarako erabil daiteke eta 3C-SiC GaN geruza epitaxialak prestatzeko eta SiC-GaN RF gailuak fabrikatzeko erabil daiteke. bere GaN-ren antzeko egitura. 3C-SiC β-SiC ere deitzen zaio, batez ere film meheetarako eta estaldurarako materialetarako erabiltzen dena. Horregatik, β-SiC estaldurak egiteko material nagusietako bat da gaur egun.

3.2 .Silizio karburozko estalduraprestatzeko metodoa

Silizio karburozko estaldurak prestatzeko aukera asko daude, besteak beste, gel-sol metodoa, ihinztatze metodoa, ioi-sorta ihinztatzeko metodoa, lurrun-erreakzio kimikoko metodoa (CVR) eta lurrun-deposizio kimikoa (CVD). Horien artean, lurrun-deposizio kimikoko metodoa (CVD) da gaur egun SiC estaldurak prestatzeko teknologia nagusia. Metodo honek SiC estaldurak substratuaren gainazalean metatzen ditu gas faseko erreakzioaren bidez, eta horrek estalduraren eta substratuaren arteko lotura estuaren abantailak ditu, substratuaren materialaren oxidazio erresistentzia eta ablazioaren erresistentzia hobetuz.

Tenperatura handiko sinterizazio-metodoak, grafito-substratua txertatzeko hautsean jarriz eta atmosfera inerte baten azpian tenperatura altuan sinterizatuz, azkenean SiC estaldura bat osatzen du substratuaren gainazalean, txertatze-metodoa deritzona. Metodo hau sinplea den arren eta estaldura substratuari estu lotzen zaion arren, estalduraren uniformetasuna eskasa da lodieraren norabidean, eta zuloak agertzeko joera dute, eta horrek oxidazioaren erresistentzia murrizten du.

✔  Ihinztadura metodoagrafitozko substratuaren gainazalean lehengai likidoak ihinztatzea dakar, eta, ondoren, lehengaiak tenperatura zehatz batean solidotzea estaldura bat osatzeko. Metodo hau kostu baxua bada ere, estaldura ahul lotzen da substratuarekin, eta estaldurak uniformetasun eskasa, lodiera mehea eta oxidazioarekiko erresistentzia eskasa ditu eta normalean tratamendu osagarria behar du.

✔  Ioi-sorta ihinztatzeko teknologiaioi-sorta pistola bat erabiltzen du urtutako edo partzialki urtutako materiala grafitozko substratu baten gainazalean ihinztatzeko, gero solidotu eta lotzen den estaldura bat sortzeko. Eragiketa erraza den eta silizio karburozko estaldura nahiko trinkoa sor dezakeen arren, estaldura apurtzen erraza da eta oxidazio erresistentzia eskasa du. Normalean, kalitate handiko SiC estaldura konposatuak prestatzeko erabiltzen da.

✔ Sol-gel metodoa, metodo honek sol disoluzio uniforme eta gardena prestatzea dakar, substratuaren gainazalean aplikatuz, eta gero lehortu eta sinterizatu estaldura bat osatzeko. Eragiketa erraza eta kostua baxua den arren, prestatutako estaldurak shock termikoen erresistentzia txikia du eta pitzadurarako joera du, beraz, bere aplikazio-eremua mugatua da.

✔ Lurrun kimikoen erreakzio teknologia (CVR): CVR-k Si eta SiO2 hautsak erabiltzen ditu SiO lurruna sortzeko, eta SiC estaldura bat osatzen du karbono-materialaren substratuaren gainazalean erreakzio kimikoaren bidez. Lotutako estaldura estu bat prestatu daitekeen arren, erreakzio-tenperatura handiagoa behar da eta kostua handia da.

✔  Lurrun-deposizio kimikoa (CVD): CVD gaur egun SiC estaldurak prestatzeko gehien erabiltzen den teknologia da, eta SiC estaldurak substratuaren gainazalean gas faseko erreakzioen bidez sortzen dira. Metodo honen bidez prestatutako estaldura substratuari estu lotzen zaio, eta horrek substratuaren oxidazio-erresistentzia eta ablazio-erresistentzia hobetzen ditu, baina deposizio-denbora luzea behar du eta erreakzio-gasa toxikoa izan daiteke.

3. Irudia.Lurrun kimikoen deposizio-diagrama

4. Merkatu lehiaketa etaVetek Semiconductorberrikuntza teknologikoa

SiC estalitako grafitozko substratuaren merkatuan, atzerriko fabrikatzaileak lehenago hasi ziren, abantaila nagusi nabariekin eta merkatu kuota handiagoarekin. Nazioartean, Xycard Herbehereetan, SGL Alemanian, Toyo Tanso Japonian eta MEMC Estatu Batuetan hornitzaile nagusiak dira eta, funtsean, nazioarteko merkatua monopolizatzen dute. Hala ere, Txinak gaur egun grafitozko substratuen gainazalean uniformeki hazten diren SiC estalduraren oinarrizko teknologia hautsi du, eta bere kalitatea etxeko eta atzerriko bezeroek egiaztatu dute. Aldi berean, prezioan abantaila lehiakor batzuk ere baditu, MOCVD ekipoen eskakizunak bete ditzaketen SiC estalitako grafitozko substratuak erabiltzeko. 

Vetek erdieroaleak ikerkuntzan eta garapenean aritu daSiC estaldurak20 urte baino gehiagoz. Hori dela eta, SGL-ren buffer geruzaren teknologia bera jarri dugu martxan. Prozesatzeko teknologia berezien bidez, grafitoaren eta siliziozko karburoaren artean buffer-geruza bat gehi daiteke zerbitzu-bizitza bi aldiz baino gehiago handitzeko.