Materiale av silisiumkarbid epitaxy

Silisiumkarbid, med den kjemiske formel SIC, er et sammensatt halvledermateriale dannet av sterke kovalente bindinger mellom silisium (Si) og karbon (C) elementer. Med sine utmerkede fysiske og kjemiske egenskaper spiller den en stadig viktigere rolle i mange industrielle felt, spesielt i den krevende halvlederproduksjonsprosessen.

Ⅰ. Kjerne fysiske egenskaper til silisiumkarbid (sic)

Å forstå de fysiske egenskapene til SIC er grunnlaget for å forstå dens applikasjonsverdi:

1) Høy hardhet:

Mohs-hardheten til SIC er omtrent 9-9,5, bare for diamant. Dette betyr at den har utmerket slitasje og ripe motstand.

Bruksområde: I halvlederbehandling betyr dette at deler laget av SIC (som robotarmer, chucks, slipeskiver) har en lengre levetid, reduserer partikkelgenerering forårsaket av slitasje og dermed forbedre prosessen og stabiliteten i prosessen.

2) Utmerkede termiske egenskaper:

● Høy varmeledningsevne: 

Den termiske konduktiviteten til SIC er mye høyere enn for tradisjonelle silisiummaterialer og mange metaller (opptil 300–490W/(M⋅K) ved romtemperatur, avhengig av dens krystallform og renhet).

Applikasjonsverdi: Den kan spre varmen raskt og effektivt. Dette er kritisk for varmeavledningen av høyeffekt halvlederenheter, som kan forhindre at enheten overopphetes og svikt, og forbedrer påliteligheten og ytelsen til enheten. I prosessutstyr, for eksempel ovner eller kjøleplater, sikrer høy termisk ledningsevne temperaturenhet og rask respons.

● Lav termisk ekspansjonskoeffisient: SIC har liten dimensjonsendring over et bredt temperaturområde.

Bruksområde: I halvlederprosesser som opplever drastiske temperaturendringer (for eksempel rask termisk annealing), kan SIC -deler opprettholde sin form og dimensjons nøyaktighet, redusere stress og deformasjon forårsaket av termisk misforhold, og sikre prosesseringsnøyaktighet og enhetsutbytte.

● Utmerket termisk stabilitet: SIC kan opprettholde sin struktur og ytelsesstabilitet ved høye temperaturer, og tåler temperaturer opp til 1600 ∘C eller enda høyere i en inert atmosfære.

Bruksområde: Passer for prosessmiljøer med høy temperatur som epitaksial vekst, oksidasjon, diffusjon osv., Og er ikke lett å dekomponere eller reagere med andre stoffer.

● God termisk sjokkmotstand: i stand til å motstå raske temperaturendringer uten sprekker eller skade.

Applikasjonsverdi: SIC -komponenter er mer holdbare i prosesstrinn som krever hurtig temperaturøkning og fall.

3） overlegne elektriske egenskaper (spesielt for halvlederenheter):

● Bred Bandgap: Bandgap of SiC er omtrent tre ganger silisium (Si) (for eksempel 4H-SIC er omtrent 3,26EV og Si er omtrent 1,12EV).

Applikasjonsverdi:

Høy driftstemperatur: Det brede båndgapet gjør den iboende bærerkonsentrasjonen av SIC -enheter fremdeles veldig lav ved høye temperaturer, slik at den kan fungere ved temperaturer som er mye høyere enn silisiumenheter (opptil 300c eller mer).

Elektrisk felt med høyt nedbrytning: Den elektriske feltstyrken til SIC er nesten 10 ganger silisium. Dette betyr at ved samme spenningsmotstandsnivå kan SIC -enheter gjøres tynnere og drivområdet motstand er mindre, og dermed redusere ledningstap.

Sterk strålingsmotstand: Det brede båndgapet gjør at det også har bedre strålingsmotstand og er egnet for spesielle miljøer som luftfart.

● Høy metning Elektrondrifthastighet: Metningselektrondrifthastigheten til SIC er dobbelt så stor silisium.

Applikasjonsverdi: Dette gjør det mulig for SIC -enheter å fungere ved høyere koblingsfrekvenser, noe som er gunstig for å redusere volumet og vekten til passive komponenter som induktorer og kondensatorer i systemet og forbedre systemets strømtetthet.

4） Utmerket kjemisk stabilitet:

SIC har sterk korrosjonsmotstand og reagerer ikke med de fleste syrer, baser eller smeltede salter ved romtemperatur. Den reagerer med visse sterke oksidanter eller smeltede baser bare ved høye temperaturer.

Bruksområde: I prosesser som involverer etsende kjemikalier som halvleder våt etsing og rengjøring, har SIC -komponenter (som båter, rør og dyser) lengre levetid og lavere risiko for forurensning. I tørre prosesser som plasma -etsing, er dens toleranse for plasma også bedre enn mange tradisjonelle materialer.

5）Høy renhet (oppnåelig renhet):

SIC-materialer med høy renhet kan fremstilles ved metoder som kjemisk dampavsetning (CVD).

Brukerverdi: I halvlederproduksjon er materiell renhet kritisk, og eventuelle urenheter kan påvirke enhetens ytelse og utbytte. SIC-komponenter med høy renhet minimerer forurensning av silisiumskiver eller prosessmiljøer.

Ⅱ. Påføring av silisiumkarbid (SIC) som epitaksialt underlag

SIC enkeltkrystallskiver er viktige underlagsmaterialer for å produsere høyytelses-SIC-strømenheter (for eksempel MOSFET-er, JFET, SBDS) og galliumnitrid (GaN) RF/Power-enheter.

Spesifikke applikasjonsscenarier og bruksområder:

1) Sic-on-Sic Epitaxy:

Bruk: På et SIC-krystallsubstrat med høy renhet er det dyrket et SIC-epitaksialt lag med spesifikk doping og tykkelse av kjemisk damppitaksi (CVD) for å konstruere det aktive området til SIC-strømenheter.

Bruksområde: Den utmerkede termiske ledningsevnen til SIC -underlaget hjelper enheten til å spre varmen, og de brede båndgapegenskapene gjør det mulig for enheten å tåle høyspenning, høy temperatur og høyfrekvent drift. Dette gjør at SIC -strømenheter fungerer godt i nye energikjøretøyer (elektrisk kontroll, ladinghauger), solcelleomformere, industrielle motorstasjoner, smarte nett og andre felt, noe som forbedrer systemets effektivitet og reduserer utstyrsstørrelsen og vekten.

2) GAN-ON-SIC EPITAXY:

Bruk: SIC-underlag er ideelle for å dyrke GaN-epitaksiale lag av høy kvalitet (spesielt for høyfrekvente RF-enheter som HEMT-er) på grunn av deres gode gittermatching med GaN (sammenlignet med safir og silisium) og ekstremt høy termisk konduktivitet.

Bruksområde: SIC -underlag kan effektivt utføre en stor mengde varme generert av GaN -enheter under drift for å sikre påliteligheten og ytelsen til enhetene. Dette gjør at GaN-on-SIC-enheter har uerstattelige fordeler i 5G kommunikasjonsbasestasjoner, radarsystemer, elektroniske motforanstaltninger og andre felt.

Ⅲ. Påføring av silisiumkarbid (SIC) som belegg

SIC -belegg blir vanligvis avsatt på overflaten av underlag som grafitt, keramikk eller metaller ved CVD -metode for å gi underlaget SIC utmerkede egenskaper.

Spesifikke applikasjonsscenarier og bruksområder:

1) Komponenter for plasmaets etsningsutstyr:

Eksempler på komponenter: dusjhoder, kammerforinger, ESC -overflater, fokuseringer, etsevinduer.

Bruksområder: I et plasmamiljø blir disse komponentene bombardert av høyenergiioner og etsende gasser. SIC -belegg beskytter disse kritiske komponentene mot skade med deres høye hardhet, høy kjemisk stabilitet og motstand mot plasma -erosjon.

Applikasjonsverdi: forleng komponentlivet, reduser partikler generert av erosjon av komponenter, forbedrer prosessstabilitet og repeterbarhet, reduser vedlikeholdskostnader og driftsstans, og sikre rensligheten av skivebehandling.

2) Epitaksiale vekstutstyrskomponenter:

Eksempler på komponenter: Masceptors/Wafer Carriers, Heater Elements.

Bruksområder: I høye temperaturer, epitaksiale vekstmiljøer med høy renhet kan SIC-belegg (vanligvis høy renhet SIC) gi utmerket stabilitet med høy temperatur og kjemisk inerthet for å forhindre reaksjon med prosessgasser eller frigjøring av urenheter.

Applikasjonsverdi: Forsikre deg om kvaliteten og renheten til det epitaksiale laget, forbedre temperaturenheten og kontrollnøyaktigheten.

3) Andre prosessutstyrskomponenter:

Komponenteksempler: Grafittskiver av MOCVD -utstyr, SIC -belagte båter (båter for diffusjon/oksidasjon).

Bruksområder: Gi korrosjonsbestandig, høye temperaturbestandige overflater med høy renhet.

Applikasjonsverdi: Forbedre prosess pålitelighet og komponentliv.

Ⅳ. Anvendelse av silisiumkarbid (SIC) som andre spesifikke produktkomponenter (andre spesifikke produktkomponenter)

I tillegg til å være et underlag og belegg, blir SIC i seg selv også direkte behandlet til forskjellige presisjonskomponenter på grunn av den utmerkede omfattende ytelsen.

Spesifikke applikasjonsscenarier og bruksområder:

1) Wafer håndtering og overføringskomponenter:

Eksempler på komponenter: robot endeffektorer, vakuum chucks, kantgrep, løftestifter.

Bruk: Disse komponentene krever høy stivhet, høy slitemotstand, lav termisk ekspansjon og høy renhet for å sikre at ingen partikler genereres, ingen skurer riper og ingen deformasjon på grunn av temperaturendringer når du transporterer skiver med høy hastighet og høy presisjon.

Søknadsverdi: Forbedre påliteligheten og rensligheten av skiveoverføring, reduser skader på skader og sikre stabil drift av automatiserte produksjonslinjer.

2) Høytemperatur prosessutstyr Strukturdeler:

Eksempler på komponenter: ovnrør for diffusjon/oksidasjon, båter/utkrag, termoelementbeskyttelsesrør, dyser.

Bruksområde: Bruk SICs høye temperaturstyrke, termisk sjokkmotstand, kjemisk inerthet og lave forurensningsegenskaper.

Bruksområde: Gi et stabilt prosessmiljø i oksidasjon av høy temperatur, diffusjon, annealing og andre prosesser, forleng levetid og reduserer vedlikehold.

3) Presisjon keramiske komponenter:

Komponenteksempler: Lagre, tetninger, guider, lappingsplater.

Bruksområde: Bruk SICs høye hardhet, slitestyrke, korrosjonsmotstand og dimensjonell stabilitet.

Bruksområde: Utmerket ytelse i noen mekaniske komponenter som krever høy presisjon, lang levetid og motstand mot tøffe miljøer, for eksempel noen komponenter som brukes i CMP (kjemisk mekanisk polering) utstyr.

4) Optiske komponenter:

Komponenteksempler: Speil for UV/røntgenoptikk, optiske vinduer.

Bruksområder: SICs høye stivhet, lav termisk ekspansjon, høy termisk ledningsevne og poleringsevne gjør det til et ideelt materiale for å produsere storskala, høystabilitetsspeil (spesielt i romteleskoper eller synkrotronstrålingskilder).

Applikasjonsverdi: Gir utmerket optisk ytelse og dimensjonsstabilitet under ekstreme forhold.