Materiał epitaxii węgla krzemu

Krzem krzemowy, o wzorze chemicznym, jest złożonym materiałem półprzewodnikowym utworzonym przez silne wiązania kowalencyjne między elementami krzemu (SI) i węgla (C). Dzięki doskonałym właściwościom fizycznym i chemicznym odgrywa coraz ważniejszą rolę w wielu dziedzinach przemysłowych, szczególnie w wymagającym procesie produkcji półprzewodników.

Ⅰ. Podstawowe właściwości fizyczne węgliku krzemu (SIC)

Zrozumienie fizycznych właściwości SIC jest podstawą do zrozumienia jego wartości aplikacji:

1) Wysoka twardość:

Twardość SIC MOHS wynosi około 9-9,5, co drugie tylko Diamond. Oznacza to, że ma doskonały odporność na zużycie i zarysowania.

Wartość zastosowania: W przetwarzaniu półprzewodnikowym oznacza to, że części wykonane z SIC (takie jak ramiona robotyczne, chucks, szlifowanie płyt) mają dłuższą żywotność, zmniejszają wytwarzanie cząstek spowodowane zużyciem, a tym samym poprawia czystość i stabilność procesu.

2) Doskonałe właściwości termiczne:

● Wysoka przewodność cieplna: 

Przewodnictwo cieplne SIC jest znacznie wyższe niż w tradycyjnych materiałach krzemowych i wielu metali (do 300–490 W/(M⋅K) w temperaturze pokojowej, w zależności od jego kryształowej postaci i czystości).

Wartość aplikacji: może szybko i skutecznie rozpraszać ciepło. Ma to kluczowe znaczenie dla rozpraszania ciepła urządzeń półprzewodników o dużej mocy, które mogą uniemożliwić przegrzanie i awarie urządzenia oraz poprawić niezawodność i wydajność urządzenia. W procesach, takich jak grzejniki lub płytki chłodzące, wysoka przewodność cieplna zapewnia jednorodność temperatury i szybką reakcję.

● Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej: SIC ma niewielką zmianę wymiarową w szerokim zakresie temperatur.

Wartość zastosowania: W procesach półprzewodnikowych, które doświadczają drastycznych zmian temperatury (takich jak szybkie wyżarzanie termiczne), części SIC mogą utrzymać swój kształt i dokładność wymiarów, zmniejszyć naprężenie i deformacje spowodowane niedopasowaniem termicznym oraz zapewnić dokładność przetwarzania i wydajność urządzenia.

● Doskonała stabilność termiczna: SIC może utrzymać stabilność struktury i wydajności w wysokich temperaturach i może wytrzymać temperatury do 1600 ∘C lub nawet wyższe w obojętnej atmosferze.

Wartość zastosowania: Nadaje się do środowisk procesowych o wysokiej temperaturze, takich jak wzrost epitaxialny, utlenianie, dyfuzja itp., I nie jest łatwe do rozkładu lub reakcji z innymi substancjami.

● Dobra odporność na wstrząsy termiczne: w stanie wytrzymać szybkie zmiany temperatury bez pękania lub uszkodzenia.

Wartość aplikacji: Składniki SIC są bardziej trwałe w etapach procesu, które wymagają szybkiego wzrostu temperatury i spadku.

3） Najwyższe właściwości elektryczne (szczególnie w przypadku urządzeń półprzewodników):

● Szerokie bandgap: Bandgap SIC jest około trzykrotnie większy niż krzem (SI) (na przykład 4H-SIC wynosi około 3,26EV, a SI to około 1,12EV).

Wartość aplikacji:

Wysoka temperatura robocza: szeroka gapa prądu powoduje, że wewnętrzne stężenie nośnika urządzeń SIC nadal jest bardzo niskie w wysokich temperaturach, dzięki czemu może działać w temperaturach znacznie wyższych niż urządzenia krzemu (do 300∘c lub więcej).

Pole elektryczne o wysokim podziale: Wytrzymałość pola elektrycznego SIC jest prawie 10 razy większa niż krzem. Oznacza to, że przy tym samym poziomie odporności na napięcie urządzenia SIC mogą być cieńsze, a odporność na region dryfu jest mniejszy, zmniejszając w ten sposób straty przewodzenia.

Silna odporność na promieniowanie: szerokie bandgap sprawia, że ​​ma lepszą odporność na promieniowanie i jest odpowiedni dla specjalnych środowisk, takich jak lotnisko.

● Prędkość dryfu elektronów o wysokiej nasyceniu: Prędkość dryfu elektronów nasycenia SIC jest dwukrotnie większa.

Wartość aplikacji: Umożliwia to działanie urządzeń SIC przy wyższych częstotliwościach przełączania, co jest korzystne dla zmniejszenia objętości i masy komponentów pasywnych, takich jak induktory i kondensatory w systemie i poprawa gęstości mocy systemu.

4） Doskonała stabilność chemiczna:

SIC ma silną odporność na korozję i nie reaguje z większością kwasów, zasad lub stopionymi solami w temperaturze pokojowej. Reaguje z niektórymi silnymi utleniaczami lub stopionymi zasadami tylko w wysokich temperaturach.

Wartość zastosowania: W procesach obejmujących korozyjne chemikalia, takie jak półprzewodnikowe trawienie i czyszczenie na mokro, komponenty SIC (takie jak łodzie, rury i dysz) mają dłuższą żywotność i niższe ryzyko zanieczyszczenia. W procesach suchych, takich jak trawienie w osoczu, jego tolerancja na osocze jest również lepsza niż wiele tradycyjnych materiałów.

5）Wysoka czystość (możliwa do osiągnięcia wysokiej czystości):

Materiały SIC o wysokiej czystości można przygotować metodami takimi jak chemiczne osadzanie pary (CVD).

Wartość użytkownika: W produkcji półprzewodników czystość materiału ma kluczowe znaczenie, a wszelkie zanieczyszczenia mogą wpływać na wydajność i wydajność urządzenia. Komponenty SIC o wysokiej walce minimalizują zanieczyszczenie waflów krzemowych lub środowisk procesowych.

Ⅱ. Zastosowanie węgliku krzemu (SIC) jako substratu epitaksjalnego

SIC pojedynczych kryształów są kluczowymi materiałami podłożami do produkcji wysokowydajnych urządzeń zasilania SIC (takich jak MOSFETS, JFETS, SBDS) i azotek galu (GAN) RF/urządzenia Power.

Określone scenariusze aplikacji i zastosowania:

1) Epitaksja SIC-on-SIC:

Zastosowanie: Na podłożu pojedynczego kryształu o wysokiej czystości SIC Epitaksial Warstwa epitaksjalna o specyficznym domieszkowaniu i grubości jest uprawiana przez chemiczną epitaksję pary (CVD) w celu zbudowania aktywnego obszaru urządzeń mocy SIC.

Wartość zastosowania: Doskonała przewodność cieplna podłoża SIC pomaga urządzeniu rozproszyć ciepło, a szerokie charakterystyka pasmowa umożliwia urządzeniu wytrzymanie wysokiego napięcia, wysokiej temperatury i wysokiej częstotliwości. To sprawia, że ​​SIC Power Devices działają dobrze w nowych pojazdach energetycznych (kontrola elektryczna, stosy ładowania), fotowoltaicznych falownikach, przemysłowych napędach silnikowych, inteligentnych sieciach i innych dziedzinach, znacznie poprawiając wydajność systemu oraz zmniejszając wielkość i wagę sprzętu.

2) Epitaxy Gan-on-Sic:

Zastosowanie: Podłoża SIC są idealne do uprawy wysokiej jakości warstw epitaksjalnych GAN (szczególnie w przypadku urządzeń RF o wysokiej częstotliwości, takiej jak HEMT) ze względu na ich dobre dopasowanie sieci do GAN (w porównaniu do szafiru i krzemu) i wyjątkowo wysokiej przewodności cieplnej.

Wartość aplikacji: substraty SIC mogą skutecznie przeprowadzać dużą ilość ciepła generowanego przez urządzenia GAN podczas pracy, aby zapewnić niezawodność i wydajność urządzeń. To sprawia, że ​​urządzenia GAN-ON-SIC mają niezastąpione zalety na stacjach bazowych 5G, systemach radarowych, elektronicznych środkach zaradczych i innych dziedzin.

Ⅲ. Zastosowanie węgliku krzemowego (SIC) jako powłoki

Powłoki SIC są zwykle osadzane na powierzchni substratów, takich jak grafit, ceramika lub metale metodą CVD w celu zapewnienia doskonałych właściwości SIC.

Określone scenariusze aplikacji i zastosowania:

1) Elementy sprzętu do trawienia plazmowego:

Przykłady komponentów: głowice prysznicowe, wkładki komory, powierzchnie ESC, pierścienie ostrości, okna wytrawiające.

Zastosowania: W środowisku plazmowym komponenty te są bombardowane jonami o wysokiej energii i gazami korozyjnymi. Powłoki SIC chronią te krytyczne elementy przed uszkodzeniem z ich wysoką twardością, wysoką stabilnością chemiczną i odpornością na erozję w osoczu.

Wartość zastosowania: Rozszerz żywotność składników, zmniejsz cząstki generowane przez erozję komponentów, poprawić stabilność i powtarzalność procesu, zmniejszyć koszty konserwacji i przestoje oraz zapewnić czystość przetwarzania opłat.

2) Elementy sprzętu do wzrostu epitaksjalnego:

Przykłady komponentów: podatniki/przewoźnicy opłat, elementy grzejne.

Zastosowania: W wysokiej temperaturze, epitaksjalnego środowiska wzrostu, powłoki SIC (zwykle SIC o dużej czystości) mogą zapewnić doskonałą stabilność w wysokiej temperaturze i bezwładności chemicznej, aby zapobiec reakcji gazami procesowymi lub uwalnianiem zanieczyszczeń.

Wartość zastosowania: Upewnij się, że jakość i czystość warstwy epitaksjalnej poprawia jednorodność temperatury i dokładność kontroli.

3) Inne elementy sprzętu procesowego:

Przykłady komponentów: dyski grafitowe sprzętu MOCVD, łodzie powlekane SIC (łodzie do dyfuzji/utleniania).

Zastosowania: Zapewnij odporne na korozję, oporne na wysoką temperaturę powierzchni o dużej czystości.

Wartość aplikacji: Popraw niezawodność procesu i żywotność komponentów.

Ⅳ. Zastosowanie węgliku krzemowego (SIC) jako innych konkretnych elementów produktu (inne specyficzne elementy produktu)

Oprócz tego, że jest podłożem i powłoką, sam SIC jest również bezpośrednio przetwarzany w różne komponenty precyzyjne ze względu na doskonałe kompleksowe wyniki.

Określone scenariusze aplikacji i zastosowania:

1) Komponenty obsługi i transferu waflowego:

Przykłady komponentów: efektory końcowe robota, przyczepy próżniowe, uchwyty krawędzi, szpilki podnoszące.

Zastosowanie: Te elementy wymagają wysokiej sztywności, wysokiej odporności na zużycie, niskiej rozszerzalności cieplnej i wysokiej czystości, aby upewnić się, że żadne cząsteczki nie są generowane, żadnych zadrapań i odkształcenia z powodu zmian temperatury podczas transportu z wysoką prędkością i wysoką precyzją.

Wartość aplikacji: Popraw niezawodność i czystość transmisji opłatek, zmniejsz uszkodzenia opłat i zapewnij stabilne działanie zautomatyzowanych linii produkcyjnych.

2) Części strukturalne sprzętu procesowego o wysokiej temperaturze:

Przykłady komponentów: rurki do pieca do dyfuzji/utleniania, łodzie/wsporniki, rurki ochronne termopary, dysz.

Zastosowanie: Wykorzystaj siłę wysokiej temperatury SIC, odporność na wstrząsy termiczną, bezwładność chemiczną i niskie charakterystykę zanieczyszczenia.

Wartość zastosowania: Zapewnij stabilne środowisko procesu w utlenianiu, dyfuzji, dyfuzji i innych procesach, rozszerzają żywotność sprzętu i zmniejszają konserwację.

3) Precyzyjne elementy ceramiczne:

Przykłady komponentów: łożyska, pieczęcie, przewodniki, płyty docierające.

Zastosowanie: Wykorzystaj wysoką twardość SIC, odporność na zużycie, odporność na korozję i stabilność wymiarową.

Wartość zastosowania: Doskonała wydajność w niektórych elementach mechanicznych, które wymagają wysokiej precyzji, długiej żywotności i odporności na trudne środowiska, takie jak niektóre elementy stosowane w sprzęcie CMP (chemiczne mechaniczne polerowanie).

4) Komponenty optyczne:

Przykłady komponentów: Lustro dla optyki UV/Rentgen, okna optyczne.

Zastosowania: Wysoka sztywność SIC, niska rozszerzalność cieplna, wysoka przewodność cieplna i polerowalność sprawiają, że jest to idealny materiał do produkcji luster na dużą skalę (szczególnie w teleskopach kosmicznych lub źródłach promieniowania synchrotronowego).

Wartość zastosowania: zapewnia doskonałą wydajność optyczną i stabilność wymiarową w ekstremalnych warunkach.