Материал на епитаксията на силициев карбид

Силиконов карбид, с химическата формула sic, е сложен полупроводник, образуван от силни ковалентни връзки между силиций (SI) и въглеродни (С) елементи. С отличните си физически и химични свойства той играе все по -важна роля в много индустриални области, особено в взискателния процес на производство на полупроводници.

Ⅰ. Основни физически свойства на силициев карбид (SIC)

Разбирането на физическите свойства на SIC е основата за разбиране на стойността на приложението му:

1) Висока твърдост:

Твърдостта на MOHS на SIC е около 9-9,5, втори след Diamond. Това означава, че има отлично износване и устойчивост на надраскване.

Стойност на приложението: При обработката на полупроводници това означава, че части, изработени от SIC (като роботизирани оръжия, патронници, шлифовъчни дискове), имат по -дълъг живот, намаляват генерирането на частици, причинени от износване, и по този начин подобряват чистотата и стабилността на процеса.

2) Отлични топлинни свойства:

● Висока топлопроводимост: 

Топлинната проводимост на SIC е много по -висока от тази на традиционните силиконови материали и много метали (до 300-490W/(M⋅K) при стайна температура, в зависимост от неговата кристална форма и чистота).

Стойност на приложението: Тя може да разсее топлината бързо и ефективно. Това е от решаващо значение за разсейването на топлината на полупроводникови устройства с висока мощност, които могат да предотвратят прегряването и повредата на устройството и да подобрят надеждността и производителността на устройството. В процесното оборудване, като нагреватели или охлаждащи плочи, високата топлопроводимост осигурява температурна равномерност и бърза реакция.

● Коефициент на ниско термично разширяване: SIC има малко изменение на размерите в широк температурен диапазон.

Стойност на приложението: При полупроводникови процеси, които изпитват драстични температурни промени (като бързо термично отгряване), SIC части могат да поддържат своята форма и точност на размерите, да намалят напрежението и деформацията, причинени от термично несъответствие и да гарантират точността на обработката и добива на устройството.

● Отлична термична стабилност: SIC може да поддържа своята структура и стабилност на работата при високи температури и може да издържи на температурите до 1600 ∘c или дори по -високо в инертна атмосфера.

Стойност на приложението: Подходящ за високотемпературни процесорни среди като епитаксиален растеж, окисляване, дифузия и т.н., и не е лесен за разлагане или реагиране с други вещества.

● Добра устойчивост на термичен удар: Способност да издържа на бързи температурни промени, без да се напуква или повреди.

Стойност на приложението: Компонентите на SIC са по -трайни в стъпките на процеса, които изискват бързо повишаване и падане на температурата.

3） Превъзходни електрически свойства (особено за полупроводникови устройства):

● Широка лента: лентата на SIC е около три пъти по-голяма от тази на силиций (SI) (например 4H-SIC е около 3.26EV, а SI е около 1.12EV).

Стойност на приложението:

Висока работна температура: Широката лента прави вътрешната концентрация на носител на SIC устройства, все още много ниска при високи температури, така че може да работи при температури много по -високи от силиконовите устройства (до 300 ° C или повече).

Електрическо поле с висока разбивка: Силата на електрическото поле на разрушаването на SIC е почти 10 пъти по -голяма от тази на силиций. Това означава, че при същото ниво на съпротивление на напрежението устройствата SIC могат да бъдат направени по -тънки, а съпротивлението на дрейфът е по -малко, като по този начин намалява загубите на проводимост.

Силна радиационна устойчивост: Широката лента също го прави по -добра радиационна устойчивост и е подходяща за специални среди като аерокосмическото пространство.

● Висока скорост на наситеност на електрон: Скоростта на наситеност на електрон на SIC е два пъти по -голяма от тази на силиций.

Стойност на приложението: Това позволява на SIC устройствата да работят при по -високи честоти на превключване, което е полезно за намаляване на обема и теглото на пасивните компоненти като индуктори и кондензатори в системата и подобряване на плътността на мощността на системата.

4） Отлична химическа стабилност:

SIC има силна устойчивост на корозия и не реагира с повечето киселини, основи или разтопени соли при стайна температура. Той реагира с определени силни окислители или разтопени основи само при високи температури.

Стойност на приложението: В процесите, включващи корозивни химикали, като полупроводниково мокро офорт и почистване, SIC компоненти (като лодки, тръби и дюзи) имат по -дълъг експлоатационен живот и по -нисък риск от замърсяване. При сухи процеси като плазмено офорт, толерантността му към плазмата също е по -добра от много традиционни материали.

5）Висока чистота (постижима с висока чистота):

SIC материали с висока чистота могат да се приготвят по методи като отлагане на химически пари (CVD).

Потребителска стойност: При производството на полупроводникови материали, чистотата на материала е от решаващо значение и всякакви примеси могат да повлияят на производителността и добива на устройството. Компонентите с висока чист SIC минимизират замърсяването на силициевите вафли или процесните среди.

Ⅱ. Прилагане на силициев карбид (SIC) като епитаксиален субстрат

SIC единични кристални вафли са ключови субстратни материали за производство на високоефективни SIC устройства за захранване (като MOSFET, JFET, SBDS) и RF/Power устройства на галий нитрид (GAN).

Специфични сценарии и употреби на приложението:

1) SIC-on-SIC епитакси:

Употреба: На единичен кристален субстрат с висока чист SIC, SIC епитаксиален слой със специфичен допинг и дебелина се отглежда от химическа епитаксия на парите (CVD) за изграждане на активната площ на SIC захранващите устройства.

Стойност на приложението: Отличната топлинна проводимост на SIC субстрата помага на устройството да разсейва топлината, а широките характеристики на лентата позволяват на устройството да издържа на високо напрежение, висока температура и работа с висока честота. Това кара SIC захранващите устройства да се представят добре в нови енергийни превозни средства (електрически контрол, зареждащи купчини), фотоволтаични инвертори, индустриални двигателни устройства, интелигентни мрежи и други полета, като значително подобряват ефективността на системата и намаляване на размера и теглото на оборудването.

2) GAN-on-SIC EPITAXY:

Употреба: SIC субстратите са идеални за отглеждане на висококачествени GAN епитаксиални слоеве (особено за високочестотни RF устройства с висока мощност като HEMT) поради тяхната добра решетка, съвпадаща с GAN (в сравнение със сапфир и силиций) и изключително висока термична проводимост.

Стойност на приложението: SIC субстратите могат ефективно да извършват голямо количество топлина, генерирана от GAN устройства по време на работа, за да гарантира надеждността и производителността на устройствата. Това кара устройствата Gan-on-SIC да имат незаменими предимства в 5G комуникационни базови станции, радарни системи, електронни противодействия и други полета.

Ⅲ. Прилагане на силициев карбид (SIC) като покритие

SIC покритията обикновено се отлагат върху повърхността на субстратите като графит, керамика или метали по метод на CVD, за да се получат отличните свойства на субстрата SIC.

Специфични сценарии и употреби на приложението:

1) Компоненти на плазменото офорт на оборудването:

Примери за компоненти: душове, камерни облицовки, ESC повърхности, фокусни пръстени, офортни прозорци.

Употреба: В плазмена среда тези компоненти се бомбардират от високоенергийни йони и корозивни газове. SIC покритията предпазват тези критични компоненти от увреждане със своята висока твърдост, висока химическа стабилност и устойчивост на плазмена ерозия.

Стойност на приложението: Разширяване на живота на компонентите, намаляване на частиците, генерирани от ерозия на компонента, подобряване на стабилността и повторяемостта на процеса, намаляване на разходите за поддръжка и престой и гарантиране на чистотата на обработката на вафли.

2) Епитаксиални компоненти на оборудването за растеж:

Примери за компоненти: Предоставени/вафлени носители, елементи на нагревателя.

Употреба: Във високотемпературна и епитаксиална епитаксиална среда на растежа, покритията SIC (обикновено SIC с висока чист) могат да осигурят отлична стабилност на високотемпературата и химическа инертност, за да се предотврати реакцията с процесорни газове или освобождаване на примеси.

Стойност на приложението: Уверете се качеството и чистотата на епитаксиалния слой, подобрявайте равномерността на температурата и точността на контрола.

3) Други компоненти на оборудването на процеса:

Примери за компоненти: Графитни дискове на MoCVD оборудване, лодки с покритие SIC (лодки за дифузия/окисляване).

Употреба: Осигурете устойчиви на корозия, високотемпературни повърхности с висока чистота.

Стойност на приложението: Подобряване на надеждността на процеса и живота на компонентите.

Ⅳ. Прилагане на силициев карбид (SIC) като други специфични компоненти на продукта (други специфични компоненти на продукта)

Освен че е субстрат и покритие, самият SIC също се обработва директно в различни прецизни компоненти поради отличната си цялостна производителност.

Специфични сценарии и употреби на приложението:

1) Компоненти за обработка на вафли и трансфер:

Примери за компоненти: крайни ефектори на робота, вакуумни патронници, ръбове, повдигащи щифтове.

Употреба: Тези компоненти изискват висока твърдост, висока устойчивост на износване, ниско термично разширение и висока чистота, за да се гарантира, че не се генерират частици, без драскотини и без деформация поради температурни промени при транспортиране на вафли с висока скорост и висока точност.

Стойност на приложението: Подобрете надеждността и чистотата на предаването на вафли, намалете щетите от вафли и гарантирайте стабилната работа на автоматизирани производствени линии.

2) Структурни части на оборудването с висока температура: Структурни части:

Примери за компоненти: пещни тръби за дифузия/окисляване, лодки/конзоли, тръби за защита на термодвойките, дюзи.

Приложение: Използвайте високата температурна якост на SIC, устойчивостта на термичен удар, химическата инертност и ниските характеристики на замърсяването.

Стойност на приложението: Осигурете стабилна обработка на окисляване, дифузия, отгряване и други процеси, удължаване на живота на оборудването и намаляване на поддръжката.

3) Прецизни керамични компоненти:

Примери за компоненти: лагери, уплътнения, водачи, тапицерии.

Приложение: Използвайте високата твърдост на SIC, устойчивостта на износване, устойчивост на корозия и стабилност на размерите.

Стойност на приложението: Отлична ефективност в някои механични компоненти, които изискват висока точност, дълъг живот и устойчивост на тежки среди, като някои компоненти, използвани в CMP (химическо механично полиране).

4) Оптични компоненти:

Примери за компоненти: огледала за UV/рентгенова оптика, оптични прозорци.

Употреба: Високата твърдост на SIC, ниското термично разширение, високата топлопроводимост и поличността го правят идеален материал за производство на мащабни огледала с висока стабилност (особено в космическите телескопи или източници на синхротронна радиация).

Стойност на приложението: Осигурява отлична оптична ефективност и стабилност на размерите при екстремни условия.