Materiál epitaxie karbidu kremíka

Silikónový karbid s chemickým vzorcom sic je zlúčenina polovodičový materiál tvorený silnými kovalentnými väzbami medzi kremíkovými (SI) a uhlíkmi (C) prvkami. Vďaka svojim vynikajúcim fyzikálnym a chemickým vlastnostiam hrá stále dôležitejšiu úlohu v mnohých priemyselných odboroch, najmä v náročnom procese výroby polovodičov.

Ⅰ. Základné fyzikálne vlastnosti karbidu kremíka (sic)

Pochopenie fyzických vlastností SIC je základom pre pochopenie hodnoty jeho aplikácie:

1) vysoká tvrdosť:

Tvrdosť SIC Mohs je asi 9-9,5, druhá iba na Diamond. To znamená, že má vynikajúci odpor a škrabanec.

Hodnota aplikácie: V polovodičovom spracovaní to znamená, že časti vyrobené zo SIC (ako sú robotické ramená, skľučovanie, mlecie disky) majú dlhšiu životnosť, znižujú tvorbu častíc spôsobených opotrebením, a tým zlepšujú čistotu a stabilitu procesu.

2) Vynikajúce tepelné vlastnosti:

● Vysoká tepelná vodivosť: 

Tepelná vodivosť SIC je oveľa vyššia ako vodivosť tradičných kremíkových materiálov a mnohých kovov (až 300 - 490 W/(m kedy) pri teplote miestnosti v závislosti od jeho kryštálovej formy a čistoty).

Hodnota aplikácie: Môže rýchlo a efektívne rozptýliť teplo. Je to rozhodujúce pre rozptyl tepla vysokovýkonných polovodičových zariadení, ktoré môžu zabrániť tomu, aby zariadenie prehrieva a zlyhali a zlepšili spoľahlivosť a výkon zariadenia. V procesných zariadeniach, ako sú ohrievače alebo chladiace dosky, vysoká tepelná vodivosť zaisťuje teplotnú jednotnosť a rýchlu reakciu.

● Koeficient nízkej tepelnej expanzie: SIC má malú rozmerovú zmenu v širokom rozsahu teploty.

Hodnota aplikácie: V polovodičových procesoch, ktoré sa vyskytujú drastické zmeny teploty (napríklad rýchle tepelné žíhanie), si SIC časti môžu zachovať svoj tvar a rozmernú presnosť, znížiť stres a deformáciu spôsobené tepelným nesúladom a zabezpečiť presnosť spracovania a výťažok zariadenia.

● Vynikajúca tepelná stabilita: SIC dokáže udržať svoju štruktúru a stabilitu výkonu pri vysokých teplotách a môže odolávať teplotám do 1600 ° C alebo dokonca v inertnej atmosfére.

Hodnota aplikácie: Vhodná pre prostredia vysokoteplotného procesu, ako je epitaxný rast, oxidácia, difúzia atď., A nie je ľahké rozložiť alebo reagovať s inými látkami.

● Dobrý odolnosť proti tepelnému nárazu: Dokáže vydržať rýchle zmeny teploty bez praskania alebo poškodenia.

Hodnota aplikácie: Komponenty SIC sú odolnejšie v procesných krokoch, ktoré si vyžadujú rýchle zvýšenie a pokles teploty.

3） Vynikajúce elektrické vlastnosti (najmä pre polovodičové zariadenia):

● Wide Bandgap: Bandgap SIC je asi trikrát kremík (SI) (napríklad 4H-siC je asi 3,26EV a SI je asi 1,12EV).

Hodnota aplikácie:

Vysoká prevádzková teplota: Vďaka širokému pásmu je vnútorná koncentrácia zariadení SIC zariadení stále veľmi nízka pri vysokých teplotách, takže môže pracovať pri teplotách oveľa vyšších ako kremíkové zariadenia (až 300 ° C alebo viac).

Elektrické pole s vysokým rozkladom: Zlomenie elektrického poľa SIC je takmer 10 -násobok kremíka. To znamená, že pri rovnakej úrovni odporu napätia sa môžu zariadenia SIC vyrábať tenšie a odpor driftovej oblasti je menší, čím sa znižuje straty vodivosti.

Silná odolnosť proti žiareniu: Široký pásik má tiež lepšiu odolnosť proti žiareniu a je vhodný pre špeciálne prostredie, ako je letecký priestor.

● Rýchlosť driftu s vysokou saturačnou elektrónkou: rýchlosť driftu saturačného elektrónu SIC je dvojnásobná rýchlosť kremíka.

Hodnota aplikácie: To umožňuje zariadeniam SIC pracovať pri vyšších prepínaní, čo je prospešné pre zníženie objemu a hmotnosti pasívnych komponentov, ako sú induktory a kondenzátory v systéme, a zlepšenie hustoty výkonu systému.

4） Vynikajúca chemická stabilita:

SIC má silnú odolnosť proti korózii a nereaguje s väčšinou kyselín, báz alebo roztavených solí pri teplote miestnosti. Reaguje s určitými silnými oxidantmi alebo roztavenými bázami iba pri vysokých teplotách.

Hodnota aplikácie: V procesoch zahŕňajúcich korozívne chemikálie, ako je polovodičové leptanie a čistenie mokra, majú komponenty SIC (ako sú lode, potrubia a dýzy) dlhšiu životnosť a nižšie riziko kontaminácie. V suchých procesoch, ako je leptanie plazmy, je jej tolerancia voči plazme lepšia ako mnoho tradičných materiálov.

5）Vysoká čistota (dosiahnuteľná vysoká čistota):

Materiály SIC s vysokou čistotou sa môžu pripraviť metódami, ako je chemická depozícia pary (CVD).

Hodnota používateľa: Pri výrobe polovodičov je čistota materiálu kritická a akékoľvek nečistoty môžu ovplyvniť výkon a výnos zariadenia. Komponenty SIC s vysokou čistotou minimalizujú kontamináciu kremíkových doštičiek alebo procesných prostredí.

Ⅱ. Aplikácia karbidu kremíka (SIC) ako epitaxného substrátu

Jednajú kryštálové doštičky SIC sú kľúčové substrátové materiály na výrobu vysokovýkonných zariadení SIC Power (ako sú MOSFETS, JFET, SBD) a RF/výkonové zariadenia Nitrid (GAN).

Konkrétne aplikačné scenáre a použitia:

1) epitaxia sic-on-sic:

Použitie: Na substráte s jedným kryštálom SIC s vysokou čistotou sa epitaxná vrstva SIC so špecifickým dopingom a hrúbkou pestuje chemickou epitaxiou pary (CVD) na konštrukciu aktívnej plochy zariadení SIC Power.

Hodnota aplikácie: Vynikajúca tepelná vodivosť substrátu SIC pomáha zariadeniu rozptýliť teplo a široké charakteristiky pásma umožňujú zariadeniu odolávať vysokému napätiu, vysokej teplote a vysokofrekvenčnej prevádzke. Vďaka tomu sú zariadenia SIC Power fungujúce dobre v nových energetických vozidlách (elektrické riadenie, nabíjacie hromady), fotovoltaické invertory, priemyselné motorové jednotky, inteligentné siete a iné polia, výrazne zlepšujú účinnosť systému a znižujú veľkosť a hmotnosť zariadenia.

2) epitaxia Gan-on-sic:

Použitie: SIC substráty sú ideálne na pestovanie vysoko kvalitných epitaxiálnych vrstiev GAN (najmä pre vysokofrekvenčné vysokorýchlostné RF zariadenia, ako sú HEMT), v dôsledku ich dobrého mriežkového porovnávania s GAN (v porovnaní so Sapphire a Silicon) a extrémne vysokou tepelnou vodivosťou.

Hodnota aplikácie: SIC substráty môžu účinne vykonávať veľké množstvo tepla generovaných zariadeniami GAN počas prevádzky, aby sa zabezpečila spoľahlivosť a výkon zariadení. Vďaka tomu majú zariadenia GAN-On-SIC nenahraditeľné výhody v 5G komunikačných základných staniciach, radarových systémoch, elektronických protiopatreniach a ďalších poliach.

Ⅲ. Aplikácia karbidu kremíka (SIC) ako povlaku

Povrchy SIC sa zvyčajne ukladajú na povrch substrátov, ako je grafit, keramika alebo kovy metódou CVD, aby sa poskytli vynikajúce vlastnosti substrátu SIC.

Konkrétne aplikačné scenáre a použitia:

1) Komponenty zariadenia na leptanie plazmy:

Príklady komponentov: sprchové hlavice, komorové vložky, povrchy ESC, zaostrené krúžky, okná leptania.

Použitie: V plazmovom prostredí sú tieto komponenty bombardované vysoko energetickými iónmi a korozívnymi plynmi. SIC povlaky chránia tieto kritické komponenty pred poškodením s vysokou tvrdosťou, vysokou chemickou stabilitou a odolnosťou voči erózii plazmy.

Hodnota aplikácie: Rozšírte životnosť komponentov, znížte častice generované eróziou komponentov, zlepšujú stabilitu procesu a opakovateľnosť, znížte náklady na údržbu a prestoje a zabezpečte čistotu spracovania oblátok.

2) Komponenty epitaxiálneho rastového zariadenia:

Príklady komponentov: náchylné/oblátky, prvky ohrievača.

Použitie: V prostredí s vysokou teplotou, vysokokvalitné epitaxné rastové prostredia môžu SIC povlaky (zvyčajne s vysokou čistotou SIC) poskytnúť vynikajúcu stabilitu vysokej teploty a chemickú inertnosť, aby sa zabránilo reakcii s procesnými plynmi alebo uvoľňovaním nečistôt.

Hodnota aplikácie: Zabezpečte kvalitu a čistotu epitaxnej vrstvy, zlepšujte teplotnú jednotnosť a presnosť regulácie.

3) Ostatné komponenty procesného zariadenia:

Príklady komponentov: grafitové disky MOCVD zariadení, lodí potiahnutých SIC (lode pre difúziu/oxidáciu).

Použitie: Poskytnite korózne rezistentné, vysoko teplotné povrchy odolné voči vysokej teplote.

Hodnota aplikácie: Zlepšiť spoľahlivosť procesu a životnosť komponentov.

Ⅳ. Aplikácia karbidu kremíka (SIC) ako ostatných špecifických komponentov produktu (iné špecifické komponenty produktu)

Okrem toho, že je substrátom a povlakom, je samotný SIC tiež priamo spracovaný do rôznych presných komponentov kvôli svojmu vynikajúcemu komplexnému výkonu.

Konkrétne aplikačné scenáre a použitia:

1) Komponenty manipulácie a prenosu oblátok:

Príklady komponentov: koncové efektory robotov, vákuové skľučovky, úchytky na okraji, špendlíky zdvíhania.

Použitie: Tieto komponenty vyžadujú vysokú tuhosť, vysoký odpor opotrebenia, nízku tepelnú expanziu a vysokú čistotu, aby sa zabezpečilo, že sa nevytvárajú žiadne častice, žiadne poškriabanie doštičiek a žiadne deformácie v dôsledku zmien teploty pri transporte doštičiek pri vysokej rýchlosti a vysokej presnosti.

Hodnota aplikácie: Zlepšite spoľahlivosť a čistotu prenosu oblátok, znížte poškodenie oblátky a zabezpečte stabilnú prevádzku automatizovaných výrobných vedení.

2) Konštrukčné diely s vysokým teplotným procesným zariadeniam:

Príklady komponentov: trubice pecí na difúziu/oxidáciu, člny/konzoly, trubice na ochranu termočlánkov, dýzy.

Aplikácia: Využite vysokú teplotu SIC, odolnosť proti tepelnému nárazu, chemickej inerte a nízkych charakteristík znečistenia.

Hodnota aplikácie: Poskytnite stabilné procesné prostredie pri oxidácii, difúzii, žíhaní a iných procesoch, predĺžte životnosť zariadení a znížte údržbu.

3) Presné keramické komponenty:

Príklady komponentov: ložiská, tesnenia, vodiace, lapovacie dosky.

Aplikácia: Využite vysokú tvrdosť SIC, odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť proti korózii a rozmerová stabilita.

Hodnota aplikácie: Vynikajúci výkon v niektorých mechanických komponentoch, ktoré si vyžadujú vysokú presnosť, dlhú životnosť a odolnosť voči tvrdým prostrediam, ako sú napríklad niektoré komponenty používané v zariadení CMP (chemické mechanické leštenie).

4) optické komponenty:

Príklady komponentov: zrkadlá pre UV/röntgenovú optiku, optické okná.

Použitie: Vysoká rigidita SIC, nízka tepelná expanzia, vysoká tepelná vodivosť a leštiteľnosť z neho robia ideálny materiál na výrobu rozsiahlych zrkadiel s vysokou stabilitou (najmä v vesmírnych teleskope alebo zdrojoch synchrotrónového žiarenia).

Hodnota aplikácie: Poskytuje vynikajúci optický výkon a rozmerová stabilita za extrémnych podmienok.