Materiaal van siliciumcarbide epitaxie

Siliciumcarbide, met de chemische formule SIC, is een samengesteld halfgeleidermateriaal gevormd door sterke covalente bindingen tussen silicium (SI) en koolstof (C) elementen. Met zijn uitstekende fysische en chemische eigenschappen speelt het een steeds belangrijkere rol op veel industriële velden, vooral in het veeleisende fabricageproces voor halfgeleiders.

Ⅰ. Kernfysische eigenschappen van siliciumcarbide (sic)

Inzicht in de fysieke eigenschappen van SIC is de basis voor het begrijpen van de toepassingswaarde ervan:

1) Hoge hardheid:

De MOHS-hardheid van SIC is ongeveer 9-9.5, de tweede alleen voor Diamond. Dit betekent dat het uitstekende slijtage en krasweerstand heeft.

Toepassingswaarde: in de verwerking van halfgeleiders betekent dit dat delen van SiC (zoals robotachtige armen, klootzakken, slijpschijven) een langere levensduur hebben, deeltjesgeneratie veroorzaakt door slijtage verminderen en dus de netheid en stabiliteit van het proces verbeteren.

2) Uitstekende thermische eigenschappen:

● Hoge thermische geleidbaarheid: 

De thermische geleidbaarheid van SiC is veel hoger dan die van traditionele siliciummaterialen en veel metalen (tot 300-490 W/(M⋅K) bij kamertemperatuur, afhankelijk van de kristalvorm en zuiverheid).

Toepassingswaarde: het kan warmte snel en efficiënt afwijken. Dit is van cruciaal belang voor de warmtedissipatie van krachtige halfgeleiderapparaten, die kunnen voorkomen dat het apparaat oververhit en falen raakt en de betrouwbaarheid en prestaties van het apparaat verbeteren. In procesapparatuur, zoals kachels of koelplaten, zorgt een hoge thermische geleidbaarheid voor temperatuuruniformiteit en snelle respons.

● Lage thermische expansiecoëfficiënt: SIC heeft weinig dimensionale verandering over een breed temperatuurbereik.

Toepassingswaarde: in halfgeleiderprocessen die drastische temperatuurveranderingen ervaren (zoals snelle thermische gloeien), kunnen SIC -onderdelen hun vorm en dimensionale nauwkeurigheid behouden, stress en vervorming verminderen die wordt veroorzaakt door thermische mismatch en zorgen voor de verwerkingsnauwkeurigheid en apparaatopbrengst.

● Uitstekende thermische stabiliteit: SIC kan zijn structuur en prestatiestabiliteit bij hoge temperaturen handhaven en kunnen de temperaturen tot 1600 ∘ ∘C of zelfs hoger in een inerte atmosfeer weerstaan.

Toepassingswaarde: geschikt voor procesomgevingen op hoge temperatuur zoals epitaxiale groei, oxidatie, diffusie, enz., En is niet gemakkelijk te ontbinden of te reageren met andere stoffen.

● Goede thermische schokweerstand: in staat om snelle temperatuurveranderingen te weerstaan ​​zonder kraken of schade.

Toepassingswaarde: SIC -componenten zijn duurzamer in processtappen die snelle temperatuurstijging en daling vereisen.

3） Superior elektrische eigenschappen (vooral voor halfgeleiderapparaten):

● Brede bandgap: de bandgap van SiC is ongeveer drie keer die van silicium (SI) (bijvoorbeeld 4H-SIC is ongeveer 3.26ev en Si is ongeveer 1.12ev).

Toepassingswaarde:

Hoge bedrijfstemperatuur: de brede bandgap maakt de intrinsieke dragerconcentratie van SIC -apparaten nog steeds zeer laag bij hoge temperaturen, zodat deze bij temperaturen veel hoger kan werken dan siliciumapparaten (tot 300∘c of meer).

Hooguitbraak elektrisch veld: de afbraaksterkte van het elektrische veld van SiC is bijna 10 keer die van silicium. Dit betekent dat op hetzelfde spanningsweerstandsniveau SIC -apparaten dunner kunnen worden gemaakt en de weerstand van het driftgebied kleiner is, waardoor geleidingsverliezen worden verminderd.

Sterke stralingsweerstand: de brede bandgap zorgt er ook voor dat het een betere stralingsweerstand heeft en is geschikt voor speciale omgevingen zoals ruimtevaart.

● Hoge verzadigings elektronenafwijkingssnelheid: de verzadigingselektronenafwijkingssnelheid van SiC is tweemaal die van silicium.

Toepassingswaarde: dit stelt SIC -apparaten in staat om te werken bij hogere schakelfrequenties, wat gunstig is voor het verminderen van het volume en het gewicht van passieve componenten zoals inductoren en condensatoren in het systeem en het verbeteren van de systeemdichtheid van het systeem.

4） Uitstekende chemische stabiliteit:

SIC heeft een sterke corrosieweerstand en reageert niet met de meeste zuren, basen of gesmolten zouten bij kamertemperatuur. Het reageert met bepaalde sterke oxidatiemiddelen of gesmolten bases alleen bij hoge temperaturen.

Toepassingswaarde: In processen met corrosieve chemicaliën zoals halfgeleider nat etsen en reinigen, hebben SIC -componenten (zoals boten, pijpen en sproeiers) een langere levensduur en een lager risico op besmetting. In droge processen zoals plasma -etsen, is de tolerantie ervan voor plasma ook beter dan veel traditionele materialen.

5）Hoge zuiverheid (hoge zuiverheid haalbaar):

SiC-materialen met hoge zuiverheid kunnen worden bereid door methoden zoals chemische dampafzetting (CVD).

Gebruikerswaarde: in de productie van halfgeleiders is materiaalzuiverheid van cruciaal belang en kan eventuele onzuiverheden de prestaties en opbrengst van apparaten beïnvloeden. SiC-componenten met hoge zuiverheid minimaliseren de verontreiniging van siliciumwafels of procesomgevingen.

Ⅱ. Toepassing van siliciumcarbide (sic) als epitaxiaal substraat

SIC enkele kristalwafels zijn belangrijke substraatmaterialen voor de productie van krachtige SiC-stroomapparaten (zoals MOSFET's, JFET's, SBD's) en Gallium-nitride (GAN) RF/Power Devices.

Specifieke toepassingsscenario's en -gebruik:

1) sic-on-sic epitaxy:

Gebruik: Op een hoge zuiver SiC single crystal-substraat wordt een SIC epitaxiale laag met specifieke doping en dikte gekweekt door chemische damp-epitaxie (CVD) om het actieve gebied van SIC-vermogensapparaten te construeren.

Toepassingswaarde: de uitstekende thermische geleidbaarheid van het SIC -substraat helpt het apparaat om warmte af te voeren, en de brede bandgap -kenmerken stellen het apparaat in staat om hoge spanning, hoge temperatuur en hoogfrequente werking te weerstaan. Hierdoor presteren SIC -stroomapparaten goed presteren in nieuwe energievoertuigen (elektrische controle, oplaadpalen), fotovoltaïsche omvormers, industriële motoraandrijvingen, slimme roosters en andere velden, waardoor de systeemefficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd en de grootte en het gewicht van de apparatuur vermindert.

2) Gan-on-SIC Epitaxy:

Gebruik: SIC-substraten zijn ideaal voor het kweken van hoogwaardige GAN-epitaxiale lagen (vooral voor hoogfrequente, krachtige RF-apparaten zoals Hemts) vanwege hun goede rooster matching met GAN (vergeleken met saffier en silicium) en extreem hoge thermische geleidbaarheid.

Toepassingswaarde: SIC -substraten kunnen effectief een grote hoeveelheid warmte uitvoeren die door GAN -apparaten tijdens de werking wordt gegenereerd om de betrouwbaarheid en prestaties van de apparaten te waarborgen. Dit zorgt ervoor dat GAN-on-SIC-apparaten onvervangbare voordelen hebben in 5G-communicatie-basisstations, radarsystemen, elektronische tegenmaatregelen en andere velden.

Ⅲ. Toepassing van siliciumcarbide (sic) als coating

SIC -coatings worden meestal afgezet op het oppervlak van substraten zoals grafiet, keramiek of metalen per CVD -methode om het substraat SIC uitstekende eigenschappen te geven.

Specifieke toepassingsscenario's en -gebruik:

1) Componenten van plasma -etsapparatuur:

Voorbeelden van componenten: douchekoppen, kamerschilders, ESC -oppervlakken, focusringen, etsramen.

Gebruik: In een plasma-omgeving worden deze componenten gebombardeerd door energierijke ionen en corrosieve gassen. SIC -coatings beschermen deze kritieke componenten tegen schade met hun hoge hardheid, hoge chemische stabiliteit en weerstand tegen plasma -erosie.

Toepassingswaarde: verleng de levensduur van het component, verminder deeltjes die worden gegenereerd door componenterosie, verbeteren de processtabiliteit en herhaalbaarheid, verlagen onderhoudskosten en downtime en zorg voor de netheid van wafersverwerking.

2) componenten van epitaxiale groeimannen:

Voorbeelden van componenten: susceptors/wafeldragers, verwarmingselementen.

Gebruik: In hoge temperatuur, hoge-zuivere epitaxiale groeiomgevingen, kunnen SIC-coatings (meestal hoge zuiverheid SIC) uitstekende stabiliteit met hoge temperatuur en chemische inertigheid bieden om reactie met procesgassen of afgifte van onzuiverheden te voorkomen.

Toepassingswaarde: zorg voor de kwaliteit en zuiverheid van de epitaxiale laag, verbetert de temperatuuruniformiteit en controle -nauwkeurigheid.

3) Andere componenten van procesapparatuur:

Componentvoorbeelden: grafietschijven van MOCVD -apparatuur, siC -gecoate boten (boten voor diffusie/oxidatie).

Gebruik: zorg voor corrosiebestendige, hoge temperatuurbestendige, hoge zuivere oppervlakken.

Toepassingswaarde: de procesbetrouwbaarheid en het leven van het component verbeteren.

Ⅳ. Toepassing van siliciumcarbide (SIC) als andere specifieke productcomponenten (andere specifieke productcomponenten)

Naast het zijn van een substraat en coating, wordt SIC zelf ook direct verwerkt tot verschillende precisiecomponenten vanwege de uitstekende uitgebreide prestaties.

Specifieke toepassingsscenario's en -gebruik:

1) Wafelafhandeling en overdrachtscomponenten:

Voorbeelden van componenten: robot -eindeffectoren, vacuümkuipen, randgrepen, liftpennen.

Gebruik: deze componenten vereisen een hoge stijfheid, hoge slijtvastheid, lage thermische expansie en hoge zuiverheid om ervoor te zorgen dat er geen deeltjes worden gegenereerd, geen wafers krassen en geen vervorming door temperatuurveranderingen bij het transport van wafels bij hoge snelheid en hoge precisie.

Toepassingswaarde: verbetering van de betrouwbaarheid en netheid van wafeloverdracht, verminder wafelschade en zorg voor de stabiele werking van geautomatiseerde productielijnen.

2) Structurele onderdelen op hoge temperatuurprocesapparatuur:

Voorbeelden van componenten: ovenbuizen voor diffusie/oxidatie, boten/cantilevers, thermokoppelbuisbuizen, sproeiers.

Toepassing: gebruik SIC's hoge temperatuursterkte, thermische schokweerstand, chemische inertie en lage vervuilingskenmerken.

Toepassingswaarde: zorg voor een stabiele procesomgeving in oxidatie, diffusie, gloeien en andere processen op hoge temperatuur, de levensduur van apparatuur verlengen en onderhoud verminderen.

3) Precisie keramische componenten:

Componentvoorbeelden: lagers, afdichtingen, gidsen, platen leppen.

Toepassing: gebruik SIC's hoge hardheid, slijtvastheid, corrosieweerstand en dimensionale stabiliteit.

Toepassingswaarde: uitstekende prestaties in sommige mechanische componenten die een hoge precisie, lange levensduur en weerstand tegen harde omgevingen vereisen, zoals sommige componenten die worden gebruikt in CMP -apparatuur (chemische mechanische polijsten).

4) Optische componenten:

Componentvoorbeelden: spiegels voor UV/X-Ray Optics, optische vensters.

Gebruik: SIC's hoge stijfheid, lage thermische expansie, hoge thermische geleidbaarheid en polijstbaarheid maken het een ideaal materiaal voor de productie van grootschalige, hoge stabiliteitspiegels (vooral in ruimtetelescopen of synchrotron stralingbronnen).

Toepassingswaarde: biedt uitstekende optische prestaties en dimensionale stabiliteit onder extreme omstandigheden.