Ano ang SiC-coated graphite susceptor?

Figure 1.SiC-coated graphite susceptor

1. Epitaxial layer at mga kagamitan nito

Sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura ng wafer, kailangan pa nating bumuo ng isang epitaxial layer sa ilang mga substrate ng wafer upang mapadali ang paggawa ng mga device. Ang epitaxy ay tumutukoy sa proseso ng pagpapalaki ng isang bagong kristal sa isang kristal na substrate na maingat na naproseso sa pamamagitan ng pagputol, paggiling, at pag-polish. Ang bagong solong kristal ay maaaring ang parehong materyal bilang substrate, o ibang materyal (homoepitaxial o heteroepitaxial). Dahil ang bagong solong kristal na layer ay lumalaki sa kahabaan ng substrate crystal phase, ito ay tinatawag na isang epitaxial layer, at ang paggawa ng device ay isinasagawa sa epitaxial layer. 

Halimbawa, aGaAs epitaxialang layer ay inihanda sa isang silikon na substrate para sa mga LED light-emitting device; aSiC epitaxialang layer ay lumaki sa isang conductive SiC substrate para sa pagtatayo ng SBD, MOSFET at iba pang mga device sa mga power application; ang isang GaN epitaxial layer ay itinayo sa isang semi-insulating SiC substrate para higit pang gumawa ng mga device gaya ng HEMT sa mga radio frequency application gaya ng mga komunikasyon. Ang mga parameter tulad ng kapal ng SiC epitaxial na materyales at background carrier concentration ay direktang tinutukoy ang iba't ibang mga electrical properties ng SiC device. Sa prosesong ito, hindi natin magagawa nang walang chemical vapor deposition (CVD) na kagamitan.

Figure 2. Mga mode ng paglago ng epitaxial film

2. Kahalagahan ng SiC coated graphite susceptor sa CVD equipment

Sa kagamitan ng CVD, hindi namin maaaring ilagay ang substrate nang direkta sa metal o sa isang base lamang para sa epitaxial deposition, dahil ito ay nagsasangkot ng maraming mga kadahilanan tulad ng direksyon ng daloy ng gas (horizontal, vertical), temperatura, presyon, pag-aayos at mga contaminants. Samakatuwid, kailangan nating gumamit ng susceptor(tagadala ng ostiya) upang ilagay ang substrate sa isang tray at gamitin ang teknolohiyang CVD upang maisagawa ang epitaxial deposition dito. Ang susceptor na ito ay ang SiC-coated graphite susceptor (tinatawag ding tray).

2.1 Paglalapat ng SiC coated graphite susceptor sa MOCVD equipment

Ang SiC-coated graphite susceptor ay gumaganap ng isang mahalagang papel sakagamitang metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).upang suportahan at init ang mga solong kristal na substrate. Ang thermal stability at thermal uniformity ng susceptor na ito ay mahalaga sa kalidad ng mga epitaxial na materyales, kaya ito ay itinuturing na isang kailangang-kailangan na core component sa MOCVD equipment. Kasalukuyang malawakang ginagamit ang teknolohiyang metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) sa epitaxial growth ng GaN thin films sa blue LEDs dahil mayroon itong mga bentahe ng simpleng operasyon, nakokontrol na rate ng paglago at mataas na kadalisayan.

Bilang isa sa mga pangunahing sangkap sa kagamitan ng MOCVD, ang Vetek semiconductor graphite susceptor ay may pananagutan sa pagsuporta at pag-init ng mga solong kristal na substrate, na direktang nakakaapekto sa pagkakapareho at kadalisayan ng mga materyal na manipis na pelikula, at sa gayon ay nauugnay sa kalidad ng paghahanda ng mga epitaxial wafer. Habang dumarami ang bilang ng mga gamit at nagbabago ang kapaligiran sa pagtatrabaho, ang graphite susceptor ay madaling masuot at samakatuwid ay nauuri bilang isang consumable.

2.2. Mga katangian ng SIC coated graphite susceptor

Upang matugunan ang mga pangangailangan ng MOCVD equipment, ang coating na kinakailangan para sa graphite susceptor ay dapat may mga partikular na katangian upang matugunan ang mga sumusunod na pamantayan:

✔  Magandang coverage: Ang SiC coating ay dapat na ganap na sakop ang susceptor at may mataas na antas ng density upang maiwasan ang pinsala sa isang kinakaing gas na kapaligiran.

✔  Mataas na lakas ng bonding: Ang coating ay dapat na mahigpit na nakadikit sa susceptor at hindi madaling matanggal pagkatapos ng maraming mataas na temperatura at mababang temperatura na mga siklo.

✔  Magandang chemical stability: Ang patong ay dapat na may mahusay na katatagan ng kemikal upang maiwasan ang pagkabigo sa mataas na temperatura at kinakaing unti-unti na mga kapaligiran.

2.3 Mga kahirapan at hamon sa pagtutugma ng graphite at silicon carbide na materyales

Ang Silicon carbide (SiC) ay mahusay na gumaganap sa GaN epitaxial atmospheres dahil sa mga pakinabang nito tulad ng corrosion resistance, mataas na thermal conductivity, thermal shock resistance at magandang chemical stability. Ang koepisyent ng pagpapalawak ng thermal nito ay katulad ng sa graphite, na ginagawa itong ang ginustong materyal para sa graphite susceptor coatings.

Gayunpaman, pagkatapos ng lahat,grapaytatsilikon karbiday dalawang magkaibang mga materyales, at magkakaroon pa rin ng mga sitwasyon kung saan ang patong ay may maikling buhay ng serbisyo, madaling mahulog, at nagpapataas ng mga gastos dahil sa iba't ibang mga thermal expansion coefficient. 

3. Teknolohiya ng SiC Coating

3.1. Mga karaniwang uri ng SiC

Sa kasalukuyan, ang mga karaniwang uri ng SiC ay kinabibilangan ng 3C, 4H at 6H, at iba't ibang uri ng SiC ay angkop para sa iba't ibang layunin. Halimbawa, ang 4H-SiC ay angkop para sa paggawa ng mga high-power na device, ang 6H-SiC ay medyo stable at maaaring gamitin para sa mga optoelectronic device, at ang 3C-SiC ay maaaring gamitin upang maghanda ng GaN epitaxial layer at gumawa ng SiC-GaN RF device dahil sa ang katulad na istraktura nito sa GaN. Ang 3C-SiC ay karaniwang tinutukoy din bilang β-SiC, na pangunahing ginagamit para sa mga manipis na pelikula at mga materyales sa patong. Samakatuwid, ang β-SiC ay kasalukuyang isa sa mga pangunahing materyales para sa mga coatings.

3.2 .Silicon carbide coatingparaan ng paghahanda

Mayroong maraming mga pagpipilian para sa paghahanda ng mga silicon carbide coatings, kabilang ang gel-sol method, spraying method, ion beam spraying method, chemical vapor reaction method (CVR) at chemical vapor deposition method (CVD). Kabilang sa mga ito, ang chemical vapor deposition method (CVD) ay kasalukuyang pangunahing teknolohiya para sa paghahanda ng SiC coatings. Ang pamamaraang ito ay nagdedeposito ng mga SiC coatings sa ibabaw ng substrate sa pamamagitan ng gas phase reaction, na may mga pakinabang ng malapit na pagbubuklod sa pagitan ng coating at substrate, pagpapabuti ng oxidation resistance at ablation resistance ng substrate material.

Ang high-temperature sintering method, sa pamamagitan ng paglalagay ng graphite substrate sa embedding powder at sintering ito sa mataas na temperatura sa ilalim ng inert atmosphere, sa wakas ay bumubuo ng SiC coating sa ibabaw ng substrate, na tinatawag na embedding method. Bagaman ang pamamaraang ito ay simple at ang patong ay mahigpit na nakagapos sa substrate, ang pagkakapareho ng patong sa direksyon ng kapal ay mahirap, at ang mga butas ay madaling lumitaw, na binabawasan ang paglaban sa oksihenasyon.

✔  Ang paraan ng pag-spraynagsasangkot ng pag-spray ng mga likidong hilaw na materyales sa ibabaw ng graphite substrate, at pagkatapos ay patigasin ang mga hilaw na materyales sa isang tiyak na temperatura upang bumuo ng isang patong. Bagaman ang pamamaraang ito ay mura, ang patong ay mahina na nakatali sa substrate, at ang patong ay may mahinang pagkakapareho, manipis na kapal, at mahinang paglaban sa oksihenasyon, at kadalasan ay nangangailangan ng karagdagang paggamot.

✔  Ion beam spraying technologygumagamit ng ion beam gun upang mag-spray ng natunaw o bahagyang natunaw na materyal sa ibabaw ng isang graphite substrate, na pagkatapos ay nagpapatigas at nagbubuklod upang bumuo ng isang patong. Kahit na ang operasyon ay simple at maaaring makabuo ng medyo siksik na silicon carbide coating, ang coating ay madaling masira at may mahinang oxidation resistance. Karaniwan itong ginagamit upang maghanda ng mataas na kalidad na SiC composite coatings.

✔ Paraan ng sol-gel, ang pamamaraang ito ay nagsasangkot ng paghahanda ng isang pare-pareho at transparent na solusyon ng sol, paglalapat nito sa ibabaw ng substrate, at pagkatapos ay pagpapatuyo at sintering upang bumuo ng isang patong. Kahit na ang operasyon ay simple at ang gastos ay mababa, ang handa na patong ay may mababang thermal shock resistance at madaling ma-crack, kaya limitado ang saklaw ng aplikasyon nito.

✔ Chemical vapor reaction technology (CVR): Gumagamit ang CVR ng Si at SiO2 powder upang makabuo ng SiO vapor, at bumubuo ng SiC coating sa pamamagitan ng kemikal na reaksyon sa ibabaw ng substrate ng carbon material. Bagama't maaaring ihanda ang isang mahigpit na nakagapos na patong, kinakailangan ang mas mataas na temperatura ng reaksyon at mataas ang gastos.

✔  Chemical vapor deposition (CVD): Ang CVD ay kasalukuyang pinakalawak na ginagamit na teknolohiya para sa paghahanda ng SiC coatings, at SiC coatings ay nabuo sa pamamagitan ng mga reaksyon ng gas phase sa ibabaw ng substrate. Ang patong na inihanda ng pamamaraang ito ay malapit na nakadikit sa substrate, na nagpapabuti sa paglaban sa oksihenasyon ng substrate at paglaban sa ablation, ngunit nangangailangan ng mahabang oras ng pag-deposition, at ang reaksyon ng gas ay maaaring nakakalason.

Figure 3.Chemical vapor deposition diagram

4. Kumpetisyon sa merkado atVetek Semiconductorng makabagong teknolohiya

Sa SiC coated graphite substrate market, ang mga dayuhang tagagawa ay nagsimula nang mas maaga, na may halatang nangungunang mga pakinabang at mas mataas na bahagi ng merkado. Sa buong mundo, ang Xycard sa Netherlands, SGL sa Germany, Toyo Tanso sa Japan, at MEMC sa United States ay pangunahing mga supplier, at karaniwang monopolyo nila ang internasyonal na merkado. Gayunpaman, sinira na ngayon ng China ang pangunahing teknolohiya ng pantay na lumalagong SiC coatings sa ibabaw ng mga graphite substrates, at ang kalidad nito ay napatunayan ng mga domestic at foreign customer. Kasabay nito, mayroon din itong ilang mapagkumpitensyang bentahe sa presyo, na maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng MOCVD equipment para sa paggamit ng SiC coated graphite substrates. 

Vetek semiconductor ay nakikibahagi sa pananaliksik at pagpapaunlad sa larangan ngSiC coatingspara sa higit sa 20 taon. Samakatuwid, inilunsad namin ang parehong teknolohiya ng buffer layer gaya ng SGL. Sa pamamagitan ng espesyal na teknolohiya sa pagpoproseso, maaaring magdagdag ng buffer layer sa pagitan ng graphite at silicon carbide upang mapataas ang buhay ng serbisyo ng higit sa dalawang beses.