Räni karbiidi epitaksia materjal

Ränikarbiid koos keemilise valemi sic -ga on ühendi pooljuhtmaterjal, mille moodustavad tugevad kovalentsed sidemed räni (SI) ja süsiniku (C) elementide vahel. Oma suurepäraste füüsiliste ja keemiliste omadustega mängib see paljudes tööstuslikes valdkondades üha olulisemat rolli, eriti nõudlikus pooljuhtide tootmisprotsessis.

Ⅰ. Räni karbiidi (sic) peamised füüsikalised omadused

Selle rakenduse väärtuse mõistmiseks on SIC füüsiliste omaduste mõistmine:

1) kõrge kõvadus:

SIC-i Mohsi kõvadus on umbes 9-9,5, teine ​​ainult Diamondile. See tähendab, et sellel on suurepärane kulumis- ja kriimustamiskindlus.

Rakenduse väärtus: pooljuhtide töötlemisel tähendab see, et SIC -i osad (näiteks robotkäigud, padrunid, lihvimisplaadid) on pikem, vähendavad osakeste genereerimist, mis on põhjustatud kulumisest ja parandavad sellega protsessi puhtust ja stabiilsust.

2) Suurepärased termilised omadused:

● Suur soojusjuhtivus: 

SIC soojusjuhtivus on palju suurem kui traditsiooniliste ränimaterjalide ja paljude metallide (toatemperatuuril kuni 300–490W/(M⋅K), sõltuvalt selle kristallvormist ja puhtusest).

Rakenduse väärtus: see võib kuumust kiiresti ja tõhusalt hajutada. See on kriitilise tähtsusega suure võimsusega pooljuhtide seadmete soojuse hajumise jaoks, mis võib takistada seadme ülekuumenemist ja rikkeid ning parandada seadme töökindlust ja jõudlust. Protsessiseadmetes, näiteks küttekehades või jahutusplaatides, tagab kõrge soojusjuhtivus temperatuuri ühtsuse ja kiire reageerimise.

● Madal soojuspaisumistegur: SIC -l on vähe mõõtmeid laias temperatuurivahemikus.

Rakenduse väärtus: pooljuhtide protsessides, kus on drastilisi temperatuurimuutusi (näiteks kiiret termilist lõõmutamist), võivad SIC osad säilitada nende kuju ja mõõtmete täpsust, vähendada termilisest ebakõlast põhjustatud stressi ja deformatsiooni ning tagada töötlemise täpsus ja seadme saagik.

● Suurepärane termiline stabiilsus: SIC suudab säilitada oma struktuuri ja jõudluse stabiilsust kõrgetel temperatuuridel ning talub temperatuuri kuni 1600 ∘C või veelgi kõrgemale inertses atmosfääris.

Rakendusväärtus: sobib kõrge temperatuuriga protsessikeskkonda, näiteks epitaksiaalne kasv, oksüdatsioon, difusioon jne, ja seda pole kerge lagundada ega reageerida teiste ainetega.

● Hea termiline löögikindlus: suudab taluda kiireid temperatuurimuutusi ilma pragunemise või kahjustusteta.

Rakenduse väärtus: SIC komponendid on protsessi etappides vastupidavamad, mis nõuavad kiiret temperatuuri tõusu ja langust.

3） Suuremad elektrilised omadused (eriti pooljuhtide seadmete puhul):

● Lai ribalakk: SIC-i ribamäng on umbes kolm korda suurem kui räni (Si) (näiteks 4H-SIC on umbes 3,26EV ja Si on umbes 1,12EV).

Rakenduse väärtus:

Kõrge töötemperatuur: lai ribalapp muudab SIC -seadmete sisemise kandekontsentratsiooni kõrgel temperatuuril endiselt väga madalal, nii et see võib töötada temperatuuridel palju kõrgemal kui räniseadmed (kuni 300 ° C või rohkem).

Kõrge jaotus elektriväli: SIC -i jaotusvälja tugevus on ligi 10 -kordne räni. See tähendab, et samal pingetakistuse tasemel saab SIC -seadmeid muuta õhemaks ja triivipiirkonna takistus on väiksem, vähendades sellega juhtivuse kadu.

Tugev kiirgustakistus: lairibal on ka parem kiirgustakistus ja sobib spetsiaalsete keskkondade, näiteks lennunduse jaoks.

● Kõrge küllastumise elektronide triivi kiirus: SIC küllastumise elektronide triivi kiirus on kaks korda suurem kui räni.

Rakenduse väärtus: see võimaldab SIC -seadmetel töötada kõrgematel lülitussagedustel, mis on kasulik passiivsete komponentide, näiteks induktorite ja kondensaatorite mahu ja massi vähendamiseks süsteemis ning süsteemi võimsuse tiheduse parandamiseks.

4） Suurepärane keemiline stabiilsus:

SIC -l on tugev korrosioonikindlus ja see ei reageeri toatemperatuuril enamiku hapete, aluste ega sula sooladega. See reageerib teatud tugevate oksüdeerijate või sula alustega ainult kõrgel temperatuuril.

Rakenduse väärtus: söövitavate kemikaalide nagu pooljuhtide märg söövitus ja puhastamine, SIC komponentidel (näiteks paadid, torud ja pihustid) hõlmavad protsessid on pikem kasutusaja ja väiksem saastumisrisk. Sellistes kuivades protsessides nagu plasma söövitus on ka selle tolerants plasma suhtes parem kui paljudel traditsioonilistel materjalidel.

5）Suur puhtus (kõrge puhtus saavutatav):

SIC-materjale saab valmistada selliste meetodite abil nagu keemiline aurude ladestumine (CVD).

Kasutaja väärtus: pooljuhtide tootmisel on materiaalne puhtus kriitiline ning kõik lisandid võivad mõjutada seadme jõudlust ja saagikust. Kõrge puhtusega SIC komponendid minimeerivad räni vahvlite või protsessikeskkonna saastumist.

Ⅱ. Räni karbiidi (sic) kasutamine epitaksiaalse substraadina

SIC üksikkristalli vahvlid on peamised substraadimaterjalid suure jõudlusega SIC-toiteseadmete (näiteks MOSFETS, JFETS, SBDS) ja galliumnitriidi (GAN) RF/Power Devices tootmiseks.

Konkreetsed rakenduse stsenaariumid ja kasutavad:

1) sic-on-sic epitaksia:

Kasutamine: suure puiduga sic-üksikkristallide substraadil kasvatab SIC-auru epitaksia (CVD) SIC epitaksiaalse kihi, millel on spetsiifilised dopingud ja paksused, et konstrueerida SIC Power Seadmete aktiivne pindala.

Rakenduse väärtus: SIC substraadi suurepärane soojusjuhtivus aitab seadmel soojust hajutada ning lairibakarakteristikud võimaldavad seadmel taluda kõrget pinget, kõrget temperatuuri ja kõrgsageduslikku tööd. See paneb SIC -toiteseadmed hästi toimima uutes energiasõidukites (elektrijuhtimine, laadimisvaiad), fotogalvaanilised muundurid, tööstuslikud mootorid, nutikad ja muud väljad, parandades märkimisväärselt süsteemi tõhusust ning vähendades seadmete suurust ja kaalu.

2) GAN-on-SIC epitaksia:

Kasutamine: SIC substraadid sobivad ideaalselt kvaliteetsete GAN-epitaksiaalsete kihtide (eriti kõrgsageduslike, suure võimsusega RF-seadmete, näiteks HEMTS) kasvatamiseks nende hea võre GAN-iga sobitamise tõttu (võrreldes safiiri ja räniga) ja äärmiselt kõrge soojusjuhtivusega.

Rakenduse väärtus: SIC -substraadid saavad tõhusalt läbi viia suures koguses soojuseadmeid, mille GAN -seadmed tekitavad töö ajal, et tagada seadmete töökindlus ja jõudlus. See muudab GAN-on-SIC-seadmetes asendamatu eelised 5G kommunikatsioonipõhistes jaamades, radarisüsteemides, elektroonilistes vastumeetmetes ja muudes väljades.

Ⅲ. Räni karbiidi (sic) rakendamine kattena

SIC -katted ladestuvad tavaliselt substraatide pinnale nagu grafiit, keraamika või metallid CVD -meetodi abil, et anda substraadile suurepärased omadused.

Konkreetsed rakenduse stsenaariumid ja kasutavad:

1) Plasma söövitusseadmete komponendid:

Komponentide näited: duššad, kambri vooderdised, ESC pinnad, fookusrõngad, sööviaken.

Kasutamine: plasmakeskkonnas pommitavad neid komponente suure energiatarbega ioonid ja söövitavad gaasid. SIC -katted kaitsevad neid kriitilisi komponente kahjustuste eest nende kõrge kareduse, kõrge keemilise stabiilsuse ja plasma erosiooni vastupidavuse eest.

Rakenduse väärtus: pikendage komponendi eluiga, vähendage komponentide erosiooni teel tekkivaid osakesi, parandage protsessi stabiilsust ja korratavust, vähendage hoolduskulusid ja seisakuid ning tagab vahvli töötlemise puhtuse.

2) Epitaksiaalse kasvu seadmete komponendid:

Komponentide näited: osutajad/vahvli kandjad, küttekeha elemendid.

Kasutamine: kõrgtemperatuurides, kõrge puhtusakslik kasvukeskkond, SIC-katted (tavaliselt kõrge puhtusega SIC) võivad pakkuda suurepärase kõrgtemperatuuriga stabiilsuse ja keemilise inertsuse, et vältida reaktsiooni protsessigaaside abil või lisandite vabastamist.

Rakenduse väärtus: tagage epitaksiaalse kihi kvaliteet ja puhtus, parandage temperatuuri ühtsust ja kontrolli täpsust.

3) Muud protsessiseadmete komponendid:

Komponentide näited: MOCVD -seadmete grafiidi kettad, SIC kaetud paadid (paadid difusiooni/oksüdatsiooni jaoks).

Kasutamine: pakkuge korrosioonikindlat, kõrge temperatuuriga vastupidavat, kõrge puhtusarja pinda.

Rakenduse väärtus: parandage protsessi usaldusväärsust ja komponentide eluiga.

Ⅳ. Räni karbiidi (sic) rakendamine muude konkreetsete tootekomponentidena (muud konkreetsete tootekomponentide)

Lisaks substraadile ja kattekihile töödeldakse SIC ise ka suurepärase tervikliku jõudluse tõttu otseselt erinevateks täpsuskomponentideks.

Konkreetsed rakenduse stsenaariumid ja kasutavad:

1) vahvli käitlemine ja ülekandekomponendid:

Komponentide näited: robot -lõpp -efektorid, vaakumpuhastused, servahaarded, tõstetihvtid.

Kasutamine: need komponendid vajavad suurt jäikust, suurt kulumiskindlust, madalat soojuspaisumist ja suurt puhtust, et tagada osakeste tekitamine, vahvli kriimustused ja temperatuurimuutuste tõttu vahvlite suure kiiruse ja suure täpsusega vedamisel temperatuurimuutuste tõttu deformatsioon.

Rakenduse väärtus: parandage vahvliülekande töökindlust ja puhtust, vähendage vahvli kahjustusi ja tagage automatiseeritud tootmisliinide stabiilne töö.

2) Kõrgtemperatuuriga protsessiseadmed konstruktsioonilised osad:

Komponentide näited: ahjutorud difusiooni/oksüdatsiooni jaoks, paadid/konsoolid, termopaari kaitsetorud, pihustid.

Rakendus: kasutage SIC kõrge temperatuuri tugevust, termilist šokikindlust, keemilist ineritust ja madalaid saasteomadusi.

Rakenduse väärtus: tagage stabiilne protsessikeskkond kõrge temperatuuri oksüdatsiooni, difusiooni, lõõmutamise ja muude protsesside korral, pikendage seadme eluiga ja vähendage hooldust.

3) Täpsusega keraamilised komponendid:

Komponentide näited: laagrid, tihendid, juhendid, lammutavad plaadid.

Rakendus: kasutage SIC -i kõrget kõvadust, kulumiskindlust, korrosioonikindlust ja mõõtmete stabiilsust.

Rakenduse väärtus: suurepärane jõudlus mõnedes mehaanilistes komponentides, mis vajavad suurt täpsust, pika eluea ja vastupidavust karmidele keskkondadele, näiteks mõned komponendid, mida kasutatakse CMP (keemilise mehaanilise poleerimise) seadmetes.

4) optilised komponendid:

Komponentide näited: UV/röntgenikiirguse optika peeglid, optilised akended.

Kasutamine: SIC kõrge jäikus, madal soojuspaisumine, kõrge soojusjuhtivus ja poleeritavus muudavad selle ideaalseks materjaliks suuremahuliste ja kõrge stabiilsusega peeglite tootmiseks (eriti kosmoseteleskoopides või sünkrotroni kiirgusallikates).

Rakenduse väärtus: tagab suurepärase optilise jõudluse ja mõõtmete stabiilsuse ekstreemsetes tingimustes.