Silikon karbür epitaksinin malzemesi

Kimyasal formül sic ile silikon karbür, silikon (Si) ve karbon (c) elemanları arasındaki güçlü kovalent bağların oluşturduğu bileşik bir yarı iletken malzemedir. Mükemmel fiziksel ve kimyasal özellikleri ile, özellikle zorlu yarı iletken üretim sürecinde, birçok endüstriyel alanda giderek daha önemli bir rol oynamaktadır.

Ⅰ. Silikon karbürün çekirdek fiziksel özellikleri (sic)

SIC'nin fiziksel özelliklerini anlamak, uygulama değerini anlamanın temelidir:

1) Yüksek sertlik:

SIC'nin Mohs sertliği yaklaşık 9-9.5, sadece Diamond'dan ikinci. Bu, mükemmel aşınma ve çizik direncine sahip olduğu anlamına gelir.

Uygulama Değeri: Yarıiletken işlemede bu, SIC'den (robotik kollar, aynalar, taşlama diskleri gibi) yapılan parçaların daha uzun bir ömre sahip olduğu, aşınmanın neden olduğu parçacık üretimini azalttığı ve böylece işlemin temizliğini ve stabilitesini iyileştirdiği anlamına gelir.

2) Mükemmel termal özellikler:

● Yüksek termal iletkenlik: 

SIC'nin termal iletkenliği, geleneksel silikon malzemelerden ve birçok metalden (kristal formuna ve saflığına bağlı olarak oda sıcaklığında 300−490W/(M olmad)) çok daha yüksektir.

Uygulama Değeri: Isıyı hızlı ve verimli bir şekilde dağıtabilir. Bu, cihazın aşırı ısınmasını ve arızasını önleyebilen ve cihazın güvenilirliğini ve performansını artırabilen yüksek güçlü yarı iletken cihazların ısı dağılması için kritiktir. Isıtıcılar veya soğutma plakaları gibi proses ekipmanlarında, yüksek termal iletkenlik sıcaklık homojenliği ve hızlı tepki sağlar.

● Düşük termal genleşme katsayısı: SIC, geniş bir sıcaklık aralığında çok az boyutsal değişime sahiptir.

Uygulama Değeri: Sert sıcaklık değişiklikleri (hızlı termal tavlama gibi) yaşayan yarı iletken işlemlerde, SIC parçaları şekillerini ve boyutsal doğruluklarını koruyabilir, termal uyumsuzluğun neden olduğu stresi ve deformasyonu azaltabilir ve işleme doğruluğu ve cihaz verimini sağlayabilir.

● Mükemmel termal stabilite: SIC, yapısını ve performans stabilitesini yüksek sıcaklıklarda koruyabilir ve inert bir atmosferde 1600 ∘C'ye veya daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir.

Uygulama Değeri: Epitaksiyal büyüme, oksidasyon, difüzyon vb.

● İyi termal şok direnci: Çatlak veya hasar olmadan hızlı sıcaklık değişikliklerine dayanabilir.

Uygulama Değeri: SIC bileşenleri, hızlı sıcaklık artışı ve düşüş gerektiren işlem adımlarında daha dayanıklıdır.

3） Üstün elektriksel özellikler (özellikle yarı iletken cihazlar için):

● Geniş bant aralığı: sic'in bant aralığı silikonun (SI) yaklaşık üç katıdır (örneğin, 4H-sic yaklaşık 3.26EV ve Si yaklaşık 1.12EV'dir).

Uygulama Değeri:

Yüksek çalışma sıcaklığı: Geniş bant aralığı, SIC cihazlarının iç taşıyıcı konsantrasyonunu yüksek sıcaklıklarda hala çok düşük hale getirir, böylece silikon cihazlardan (300∘c veya daha fazla) çok daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilir.

Yüksek Arıza Elektrik Alanı: SIC'nin parçalanma elektrik alanı mukavemeti silikonun yaklaşık 10 katıdır. Bu, aynı voltaj direnç seviyesinde, SIC cihazlarının inceltilebileceği ve sürüklenme bölgesi direncinin daha küçük olduğu ve böylece iletim kayıplarını azaltabileceği anlamına gelir.

Güçlü Radyasyon Direnci: Geniş bant aralığı ayrıca daha iyi radyasyon direncine sahip olmasını sağlar ve havacılık gibi özel ortamlar için uygundur.

● Yüksek doygunluk elektron sürüklenme hızı: SIC'nin doygunluk elektron sürüklenme hızı silikonun iki katıdır.

Uygulama Değeri: Bu, SIC cihazlarının, sistemdeki indüktörler ve kapasitörler gibi pasif bileşenlerin hacmini ve ağırlığını azaltmak ve sistem güç yoğunluğunu iyileştirmek için yararlı olan daha yüksek anahtarlama frekanslarında çalışmasını sağlar.

4） Mükemmel kimyasal stabilite:

SIC güçlü korozyon direncine sahiptir ve oda sıcaklığında çoğu asit, baz veya erimiş tuz ile reaksiyona girmez. Sadece yüksek sıcaklıklarda bazı güçlü oksidanlar veya erimiş bazlarla reaksiyona girer.

Uygulama Değeri: Yarıiletken ıslak aşındırma ve temizleme gibi aşındırıcı kimyasalları içeren işlemlerde, SIC bileşenleri (tekneler, borular ve nozullar gibi) daha uzun servis ömrüne ve daha düşük kontaminasyon riskine sahiptir. Plazma dağlama gibi kuru işlemlerde, plazmaya toleransı da birçok geleneksel malzemeden daha iyidir.

5）Yüksek saflık (yüksek saflıkta ulaşılabilir):

Yüksek saflıkta SIC malzemeleri kimyasal buhar birikimi (CVD) gibi yöntemlerle hazırlanabilir.

Kullanıcı Değeri: Yarıiletken üretiminde malzeme saflığı kritiktir ve herhangi bir safsızlık cihaz performansını ve verimini etkileyebilir. Yüksek saflıkta SIC bileşenleri, silikon gofretlerin veya proses ortamlarının kontaminasyonunu en aza indirir.

Ⅱ. Epitaksiyal substrat olarak silikon karbürün (sic) uygulanması

SIC tek kristal gofretler, yüksek performanslı SIC güç cihazlarının (MOSFET'ler, JFET'ler, SBD'ler) ve galyum nitrür (GAN) RF/güç cihazlarının üretimi için anahtar substrat malzemeleridir.

Özel uygulama senaryoları ve kullanır:

1) SIC-SIC epitaksi:

Kullanım: Yüksek saflıkta SIC tek kristal substratta, SIC güç cihazlarının aktif alanını oluşturmak için spesifik doping ve kalınlığa sahip bir SIC epitaksiyal tabaka kimyasal buhar epitaksisi (CVD) tarafından yetiştirilir.

Uygulama Değeri: SIC substratının mükemmel termal iletkenliği, cihazın ısıyı dağıtmasına yardımcı olur ve geniş bant aralığı özellikleri, cihazın yüksek voltaj, yüksek sıcaklık ve yüksek frekans çalışmasına dayanmasını sağlar. Bu, SIC güç cihazlarının yeni enerji araçlarında (elektrik kontrolü, şarj yığınları), fotovoltaik invertörler, endüstriyel motor sürücüleri, akıllı ızgaralar ve diğer alanlarda iyi performans göstermesini, sistem verimliliğini önemli ölçüde artırmasını ve ekipman boyutunu ve ağırlığını azaltır.

2) GaN-on-SiC epitaxy:

Kullanım: SIC substratları, GAN (safir ve silikon ile karşılaştırıldığında) ve son derece yüksek termal iletkenlik ile iyi kafes eşleşmeleri nedeniyle yüksek kaliteli GAN epitaksiyal katmanları (özellikle yüksek frekanslı, HEMT'ler gibi yüksek güçlü RF cihazları için) yetiştirmek için idealdir.

Uygulama Değeri: SIC substratları, cihazların güvenilirliğini ve performansını sağlamak için çalışma sırasında GAN cihazları tarafından üretilen büyük miktarda ısıyı etkili bir şekilde gerçekleştirebilir. Bu, Gan-on-SIC cihazlarının 5G iletişim baz istasyonlarında, radar sistemlerinde, elektronik karşı önlemlerde ve diğer alanlarda yeri doldurulamaz avantajlara sahip olmasını sağlar.

Ⅲ. Silikon karbürün (sic) kaplama olarak uygulanması

SIC kaplamaları genellikle substrat SIC'ye mükemmel özellikler vermek için CVD yöntemi ile grafit, seramik veya metaller gibi substratların yüzeyine biriktirilir.

Özel uygulama senaryoları ve kullanır:

1) Plazma dağlama ekipmanı bileşenleri:

Bileşen örnekleri: duş başlıkları, oda astarları, ESC yüzeyleri, odak halkaları, etch pencereleri.

Kullanımlar: Bir plazma ortamında, bu bileşenler yüksek enerjili iyonlar ve aşındırıcı gazlar tarafından bombalanır. SIC kaplamaları, yüksek sertlikleri, yüksek kimyasal stabilitesi ve plazma erozyonuna karşı dirençleri ile bu kritik bileşenleri hasardan korur.

Uygulama Değeri: Bileşen ömrünü uzatın, bileşen erozyonu ile üretilen parçacıkları azaltın, süreç kararlılığını ve tekrarlanabilirliği iyileştirin, bakım maliyetlerini ve kesinti sürelerini azaltın ve gofret işlemenin temizliğini sağlayın.

2) Epitaksiyal büyüme ekipmanı bileşenleri:

Bileşen örnekleri: Sindançılar/gofret taşıyıcıları, ısıtıcı elemanları.

Kullanımları: Yüksek sıcaklıkta, yüksek saflıkta epitaksiyal büyüme ortamlarında, SIC kaplamaları (genellikle yüksek saflıkta SIC), süreç gazları ile reaksiyonu veya safsızlıkların salınmasını önlemek için mükemmel yüksek sıcaklık stabilitesi ve kimyasal etkisizlik sağlayabilir.

Uygulama Değeri: Epitaksiyal tabakanın kalitesini ve saflığını sağlayın, sıcaklık homojenliğini ve kontrol doğruluğunu iyileştirin.

3) Diğer proses ekipmanı bileşenleri:

Bileşen örnekleri: MOCVD ekipmanlarının grafit diskleri, SIC kaplı tekneler (difüzyon/oksidasyon için tekneler).

Kullanımları: Korozyona dayanıklı, yüksek sıcaklığa dayanıklı, yüksek saflıkta yüzeyler sağlayın.

Uygulama Değeri: Süreç güvenilirliğini ve bileşen ömrünü geliştirin.

Ⅳ. Diğer spesifik ürün bileşenleri (diğer spesifik ürün bileşenleri) olarak silikon karbürün (sic) uygulanması

Bir substrat ve kaplama olmanın yanı sıra, SIC'nin kendisi de mükemmel kapsamlı performansı nedeniyle doğrudan çeşitli hassas bileşenler halinde işlenir.

Özel uygulama senaryoları ve kullanır:

1) Gofret taşıma ve aktarım bileşenleri:

Bileşen örnekleri: Robot uç efektörleri, vakum aynaları, kenar tutamakları, asansör pimleri.

Kullanım: Bu bileşenler, partiküllerin üretilmemesini, gofret çiziklerinin olmamasını ve yüksek hızda ve yüksek hassasiyete taşınırken sıcaklık değişikliklerinden dolayı hiçbir deformasyondan dolayı yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci, düşük termal genleşme ve yüksek saflık gerektirir.

Uygulama Değeri: Gofret iletiminin güvenilirliğini ve temizliğini artırın, gofret hasarını azaltın ve otomatik üretim hatlarının sabit çalışmasını sağlayın.

2) Yüksek Sıcaklık Proses Ekipmanı Yapısal Parçalar:

Bileşen örnekleri: difüzyon/oksidasyon için fırın tüpleri, tekneler/konsollar, termokupl koruma tüpleri, nozullar.

Uygulama: SIC'nin yüksek sıcaklık mukavemeti, termal şok direnci, kimyasal inertlik ve düşük kirlilik özelliklerini kullanın.

Uygulama Değeri: Yüksek sıcaklık oksidasyonu, difüzyon, tavlama ve diğer işlemlerde sabit bir işlem ortamı sağlayın, ekipman ömrünü uzatın ve bakımı azaltın.

3) Hassas seramik bileşenleri:

Bileşen Örnekleri: Yataklar, contalar, kılavuzlar, alışveriş plakaları.

Uygulama: SIC'nin yüksek sertliğini, aşınma direnci, korozyon direnci ve boyutsal stabiliteyi kullanın.

Uygulama Değeri: CMP (kimyasal mekanik parlatma) ekipmanında kullanılan bazı bileşenler gibi yüksek hassasiyet, uzun ömür ve sert ortamlara karşı direnç gerektiren bazı mekanik bileşenlerde mükemmel performans.

4) Optik bileşenler:

Bileşen Örnekleri: UV/X-ışını optikleri için aynalar, optik pencereler.

Kullanımları: SIC'nin yüksek sertliği, düşük termal genleşme, yüksek termal iletkenlik ve cilalanabilirlik, onu büyük ölçekli, yüksek stabil aynaların (özellikle uzay teleskoplarında veya senkrotron radyasyon kaynaklarında) üretmek için ideal bir malzeme haline getirir.

Uygulama Değeri: Aşırı koşullar altında mükemmel optik performans ve boyutsal stabilite sağlar.