Mis on ränikarbiidist (SiC) keraamiline vahvelpaat?

Pooljuhtide kõrgtemperatuurilistes protsessides tugineb vahvlite käsitsemine, toetamine ja termiline töötlemine spetsiaalsele tugikomponendile - vahvlipaadile. Protsessi temperatuuride tõustes ning puhtuse ja osakeste kontrollimise nõuete suurenedes paljastavad traditsioonilised kvartsvahvlipaadid järk-järgult sellised probleemid nagu lühike kasutusiga, kõrge deformatsioonikiirus ja halb korrosioonikindlus.Ränikarbiidist (SiC) keraamilised vahvelpaadidtekkisid selles kontekstis ja neist on saanud tipptasemel termilise töötlemise seadmete peamine kandja.

Ränikarbiid (SiC) on insenerkeraamiline materjal, mis ühendab endas kõrge kõvaduse, kõrge soojusjuhtivuse ja suurepärase keemilise stabiilsuse. Kõrgtemperatuurse paagutamise teel moodustunud ränidioksiidi keraamika ei oma mitte ainult suurepärast soojuslöögikindlust, vaid säilitab ka stabiilse struktuuri ja suuruse oksüdeerivas ja söövitavas keskkonnas. Selle tulemusel suudab see vahvlivormina valmistatuna usaldusväärselt toetada kõrgel temperatuuril toimuvaid protsesse, nagu difusioon, lõõmutamine ja oksüdatsioon, muutes selle eriti sobivaks termilisteks protsessideks, mis töötavad temperatuuril üle 1100 °C.

Vahvlipaatide struktuur on tavaliselt konstrueeritud mitmekihilise paralleelse ruudustikuga, mis suudab korraga hoida kümneid või isegi sadu vahvleid. SiC keraamika eelised soojuspaisumise koefitsientide kontrollimisel muudavad need termilise deformatsiooni või mikropragude tekkeks kõrge temperatuuriga üles- ja allakäiguprotsesside ajal vähem vastuvõtlikuks. Lisaks saab metalli lisandite sisaldust rangelt kontrollida, vähendades oluliselt saastumise ohtu kõrgetel temperatuuridel. See muudab need ülimalt sobivaks puhtuse suhtes äärmiselt tundlike protsesside jaoks, nagu toiteseadmete, SiC MOSFETide, MEMS-ide ja muude toodete tootmine.

Võrreldes traditsiooniliste kvartsvahvlipaatidega on ränikarbiidist keraamiliste vahvlipaatide kasutusiga kõrgel temperatuuril ja sagedaste termiliste tsüklitingimuste korral tavaliselt 3–5 korda pikem. Nende suurem jäikus ja vastupidavus deformatsioonile võimaldavad vahvlite stabiilsemat joondamist, mis aitab parandada saagikust. Veelgi olulisem on see, et SiC materjalid säilitavad sagedaste kütte- ja jahutustsüklite ajal minimaalsed mõõtmete muutused, vähendades vahvli servade lõhenemist või osakeste levikut, mis on põhjustatud vahvlipaadi deformatsioonist.

Tootmise osas toodetakse ränikarbiidist vahvleid tavaliselt reaktsioonipaagutamise (RBSiC), tiheda paagutamise (SSiC) või rõhu abil paagutamise teel. Mõned tipptasemel tooted kasutavad ka täppis-CNC-töötlust ja pinna poleerimist, et täita vahvlitaseme täpsusnõudeid. Tehnilised erinevused valemikontrollis, lisandite haldamises ja paagutamisprotsessides erinevate tootjate vahel mõjutavad otseselt vahvlipaatide lõplikku jõudlust.

Tööstuslikes rakendustes on ränikarbiidist keraamilised vahvelpaadid järk-järgult muutumas kõrgekvaliteediliste seadmete tootjate eelistatud valikuks termilise töötlemise protsessides, alates traditsioonilistest räniseadmetest kuni kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalideni. Need ei sobi mitte ainult erinevatele termilise töötlemise seadmetele, nagu vertikaalsed toruahjud ja horisontaalsed oksüdatsiooniahjud, vaid nende stabiilne jõudlus kõrge temperatuuriga, väga söövitavas keskkonnas tagab ka protsessi järjepidevuse ja seadmete mahutavuse.

Ränikarbiidist keraamiliste vahvlipaatide järkjärguline populariseerimine tähistab täiustatud keraamiliste materjalide kiirenemist, mis tungivad läbi pooljuhtseadmete südamiku tugikomponentide. Võrreldes traditsiooniliste kvartsmaterjalidega on nende eelised kõrge temperatuuri stabiilsuse, konstruktsiooni jäikuse ja termilise väsimuskindluse osas usaldusväärse materjali aluse kõrgemate temperatuuride ja rangemate protsessiakende jätkuvaks arenguks. Praegu kasutatakse pooljuhtide tööstuse jõuseadmete masstootmises termilise töötlemise protsessides laialdaselt 6- ja 8-tollisi ränikarbiidist keraamilisi vahvleid. 12-tolline spetsifikatsioon võetakse järk-järgult kasutusele tipptasemel protsessides ja täiustatud tootmisliinides, muutudes oluliseks suunaks seadmete ja materjalide koostöö järgmise etapi jaoks. Samal ajal mängivad 2–4-tollised vahvlipaadid jätkuvalt rolli uurimisplatvormidel ja spetsiifilistes protsessistsenaariumides, nagu LED-substraadi töötlemine ja protsesside kontrollimine. Ränikarbiidist valmistatud keraamilised vahvelpaadid demonstreerivad suuremaid eeliseid stabiilsuse, suuruse reguleerimise ja vahvlimahtuvuse osas, aidates kaasa seotud keraamiliste materjalide tehnoloogia pidevale arengule.