บ้าน > ข่าว > ข่าวอุตสาหกรรม

ตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC คืออะไร

2024-12-27

SiC-coated graphite susceptor

รูปที่ 1 ตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC


1- ชั้น Epitaxis และอุปกรณ์ของมัน


ในระหว่างกระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ เราจำเป็นต้องสร้างชั้น epitaxis เพิ่มเติมบนพื้นผิวเวเฟอร์บางชนิดเพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตอุปกรณ์ Epitaxy หมายถึงกระบวนการสร้างผลึกเดี่ยวใหม่บนพื้นผิวผลึกเดี่ยวที่ได้รับการประมวลผลอย่างระมัดระวังโดยการตัด บด และขัด ผลึกเดี่ยวชนิดใหม่อาจเป็นวัสดุเดียวกันกับซับสเตรต หรือวัสดุอื่น (โฮโมอิพิแอกเซียลหรือเฮเทอโรอิพิแอกเซียล) เนื่องจากชั้นผลึกเดี่ยวใหม่จะเติบโตไปตามเฟสของซับสเตรตคริสตัล จึงเรียกว่าชั้นเอปิเทกเชียล และการผลิตอุปกรณ์จะดำเนินการบนชั้นเอพิแทกเซียล 


ตัวอย่างเช่น กGaAs เอพิแทกเซียลชั้นถูกเตรียมบนพื้นผิวซิลิกอนสำหรับอุปกรณ์เปล่งแสง LED กSiC เอพิแทกเซียลเลเยอร์ถูกปลูกบนพื้นผิว SiC ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับการสร้าง SBD, MOSFET และอุปกรณ์อื่น ๆ ในการใช้พลังงาน ชั้นอีพิแทกเซียล GaN ถูกสร้างขึ้นบนซับสเตรต SiC กึ่งฉนวนเพื่อผลิตอุปกรณ์เพิ่มเติม เช่น HEMT ในการใช้งานความถี่วิทยุ เช่น การสื่อสาร พารามิเตอร์ เช่น ความหนาของวัสดุอีพิแทกเซียล SiC และความเข้มข้นของตัวพาพื้นหลังจะกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าต่างๆ ของอุปกรณ์ SiC โดยตรง ในกระบวนการนี้ เราไม่สามารถดำเนินการได้หากไม่มีอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมี (CVD)


Epitaxial film growth modes

รูปที่ 2 โหมดการเจริญเติบโตของฟิล์ม Epitax


2. ความสำคัญของตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC ในอุปกรณ์ CVD


ในอุปกรณ์ CVD เราไม่สามารถวางซับสเตรตบนโลหะโดยตรงหรือเพียงบนฐานสำหรับการสะสมที่เอพิเทกเซียลได้ เนื่องจากซับสเตรตเกี่ยวข้องกับหลายปัจจัย เช่น ทิศทางการไหลของก๊าซ (แนวนอน แนวตั้ง) อุณหภูมิ ความดัน การตรึง และการปนเปื้อน ดังนั้นเราจึงต้องใช้ตัวรับ (ผู้ให้บริการเวเฟอร์) เพื่อวางวัสดุพิมพ์บนถาดและใช้เทคโนโลยี CVD เพื่อทำการสะสมพื้นผิวบนถาด ตัวรับนี้คือตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC (หรือที่เรียกว่าถาด)


2.1 การใช้ตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC ในอุปกรณ์ MOCVD


ตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC มีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์โลหะ (MOCVD)เพื่อรองรับและให้ความร้อนแก่พื้นผิวผลึกเดี่ยว ความเสถียรทางความร้อนและความสม่ำเสมอทางความร้อนของตัวรับนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อคุณภาพของวัสดุอีปิแอกเชียล ดังนั้นจึงถือเป็นส่วนประกอบหลักที่ขาดไม่ได้ในอุปกรณ์ MOCVD เทคโนโลยีการตกสะสมไอสารเคมีอินทรีย์โลหะ (MOCVD) ในปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเจริญเติบโตของฟิล์มบาง GaN ในไฟ LED สีฟ้า เนื่องจากมีข้อดีคือใช้งานง่าย อัตราการเติบโตที่ควบคุมได้ และมีความบริสุทธิ์สูง


ในฐานะหนึ่งในส่วนประกอบหลักในอุปกรณ์ MOCVD ตัวรับกราไฟท์เซมิคอนดักเตอร์ของ Vetek มีหน้าที่รับผิดชอบในการรองรับและให้ความร้อนแก่ซับสเตรตผลึกเดี่ยว ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอและความบริสุทธิ์ของวัสดุฟิล์มบาง และด้วยเหตุนี้จึงเกี่ยวข้องกับคุณภาพการเตรียมเวเฟอร์เอพิเทเชียล เนื่องจากจำนวนการใช้งานเพิ่มขึ้นและสภาพแวดล้อมการทำงานเปลี่ยนแปลง ตัวรับกราไฟต์จึงมีแนวโน้มที่จะสึกหรอ ดังนั้น จึงจัดเป็นวัสดุสิ้นเปลือง


2.2. ลักษณะของตัวรับกราไฟท์เคลือบ SIC


เพื่อให้เป็นไปตามความต้องการของอุปกรณ์ MOCVD การเคลือบที่จำเป็นสำหรับตัวรับกราไฟท์จะต้องมีคุณสมบัติเฉพาะเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานต่อไปนี้:


✔  ปกปิดดี: การเคลือบ SiC จะต้องครอบคลุมตัวรับทั้งหมดและมีความหนาแน่นในระดับสูงเพื่อป้องกันความเสียหายในสภาพแวดล้อมของก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน


✔  มีแรงยึดเกาะสูง: สารเคลือบควรยึดติดกับตัวรับอย่างแน่นหนาและไม่หลุดร่วงง่ายหลังจากผ่านรอบอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำหลายครั้ง


✔  เสถียรภาพทางเคมีที่ดี: สารเคลือบจะต้องมีความเสถียรทางเคมีที่ดีเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวในอุณหภูมิสูงและบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อน


2.3 ความยากและความท้าทายในการจับคู่วัสดุกราไฟท์และซิลิคอนคาร์ไบด์


ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ทำงานได้ดีในบรรยากาศอีพิแทกเซียลของ GaN เนื่องจากมีข้อดี เช่น ความต้านทานการกัดกร่อน ค่าการนำความร้อนสูง ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว และความเสถียรทางเคมีที่ดี ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนใกล้เคียงกับของกราไฟท์ ทำให้เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการเคลือบตัวรับกราไฟท์


อย่างไรก็ตาม ท้ายที่สุดแล้วกราไฟท์และซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกัน และยังคงมีสถานการณ์ที่การเคลือบมีอายุการใช้งานสั้น หลุดร่วงง่าย และเพิ่มต้นทุนเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่แตกต่างกัน 


3- เทคโนโลยีการเคลือบ SiC


3.1. SiC ประเภททั่วไป


ปัจจุบัน SiC ประเภททั่วไป ได้แก่ 3C, 4H และ 6H และ SiC ประเภทต่างๆ ก็เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น 4H-SiC เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์กำลังสูง 6H-SiC ค่อนข้างเสถียรและสามารถใช้กับอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ได้ และ 3C-SiC สามารถใช้ในการเตรียมชั้น epitaxis ของ GaN และผลิตอุปกรณ์ RF SiC-GaN ได้เนื่องจาก โครงสร้างคล้ายกับ GaN 3C-SiC ยังเรียกกันทั่วไปว่า β-SiC ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้สำหรับฟิล์มบางและวัสดุเคลือบ ดังนั้นในปัจจุบัน β-SiC จึงเป็นหนึ่งในวัสดุหลักสำหรับการเคลือบ


3.2 .การเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์วิธีการเตรียม


มีตัวเลือกมากมายสำหรับการเตรียมการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ รวมถึงวิธีเจล-โซล วิธีการพ่น วิธีการพ่นลำแสงไอออน วิธีปฏิกิริยาไอเคมี (CVR) และวิธีการสะสมไอสารเคมี (CVD) ปัจจุบันวิธีการสะสมไอสารเคมี (CVD) เป็นเทคโนโลยีหลักในการเตรียมการเคลือบ SiC วิธีการนี้จะฝากการเคลือบ SiC ไว้บนพื้นผิวของซับสเตรตผ่านปฏิกิริยาเฟสก๊าซ ซึ่งมีข้อดีของการเชื่อมติดกันอย่างใกล้ชิดระหว่างการเคลือบและซับสเตรต ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการระเหยของวัสดุซับสเตรต


วิธีการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงโดยการวางซับสเตรตกราไฟท์ในผงที่ฝังแล้วเผาที่อุณหภูมิสูงภายใต้บรรยากาศเฉื่อย ในที่สุดจะเกิดการเคลือบ SiC บนพื้นผิวของซับสเตรต ซึ่งเรียกว่าวิธีการฝัง แม้ว่าวิธีนี้จะง่ายและการเคลือบจะยึดติดกับซับสเตรตอย่างแน่นหนา แต่การเคลือบในทิศทางความหนามีความสม่ำเสมอต่ำ และมีแนวโน้มที่จะเกิดรู ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน


✔  วิธีการฉีดพ่นเกี่ยวข้องกับการฉีดพ่นวัตถุดิบที่เป็นของเหลวบนพื้นผิวของสารตั้งต้นกราไฟท์ จากนั้นทำให้วัตถุดิบแข็งตัวที่อุณหภูมิที่กำหนดเพื่อสร้างสารเคลือบ แม้ว่าวิธีการนี้จะมีต้นทุนต่ำ แต่การเคลือบจะติดแน่นกับสารตั้งต้นอย่างอ่อน และการเคลือบมีความสม่ำเสมอต่ำ ความหนาบาง และความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันต่ำ และมักจะต้องมีการบำบัดเพิ่มเติม


✔  เทคโนโลยีการพ่นลำแสงไอออนใช้ปืนลำแสงไอออนเพื่อพ่นวัสดุที่หลอมละลายหรือหลอมเหลวบางส่วนลงบนพื้นผิวของสารตั้งต้นกราไฟท์ ซึ่งจะแข็งตัวและประสานกันเพื่อสร้างสารเคลือบ แม้ว่าการดำเนินการจะง่ายและสามารถผลิตการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นค่อนข้างสูง แต่การเคลือบนั้นแตกหักง่ายและมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันต่ำ โดยปกติจะใช้ในการเตรียมการเคลือบคอมโพสิต SiC คุณภาพสูง


✔วิธีโซลเจลวิธีนี้เกี่ยวข้องกับการเตรียมสารละลายโซลที่สม่ำเสมอและโปร่งใส ทาลงบนพื้นผิวของซับสเตรต จากนั้นทำให้แห้งและเผาผนึกเพื่อสร้างสารเคลือบ แม้ว่าการดำเนินการจะง่ายและต้นทุนต่ำ แต่การเคลือบที่เตรียมไว้มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่ำและมีแนวโน้มที่จะแตกร้าว ดังนั้นขอบเขตการใช้งานจึงมีจำกัด


✔ เทคโนโลยีปฏิกิริยาไอสารเคมี (CVR): CVR ใช้ผง Si และ SiO2 เพื่อสร้างไอ SiO และสร้างสารเคลือบ SiC โดยปฏิกิริยาทางเคมีบนพื้นผิวของซับสเตรตของวัสดุคาร์บอน แม้ว่าจะสามารถเตรียมการเคลือบที่ติดแน่นได้ แต่ต้องใช้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่สูงขึ้นและต้นทุนก็สูง


✔  การสะสมไอสารเคมี (CVD): ปัจจุบัน CVD เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมการเคลือบ SiC และการเคลือบ SiC เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเฟสก๊าซบนพื้นผิวของสารตั้งต้น การเคลือบที่เตรียมโดยวิธีนี้จะถูกยึดติดอย่างใกล้ชิดกับซับสเตรต ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการต้านทานการระเหยของซับสเตรต แต่ต้องใช้เวลาในการสะสมนาน และก๊าซปฏิกิริยาอาจเป็นพิษ


Chemical vapor depostion diagram

รูปที่ 3 แผนภาพการสะสมไอสารเคมี


4- การแข่งขันทางการตลาดและวีเทค เซมิคอนดักเตอร์นวัตกรรมทางเทคโนโลยีของ


ในตลาดซับสเตรตกราไฟท์เคลือบ SiC ผู้ผลิตจากต่างประเทศเริ่มต้นก่อนหน้านี้ โดยมีข้อได้เปรียบชั้นนำที่ชัดเจนและส่วนแบ่งการตลาดที่สูงขึ้น ในระดับสากล Xycard ในเนเธอร์แลนด์ SGL ในเยอรมนี Toyo Tanso ในญี่ปุ่น และ MEMC ในสหรัฐอเมริกาเป็นซัพพลายเออร์หลัก และโดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะผูกขาดตลาดต่างประเทศ อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ จีนได้เจาะลึกเทคโนโลยีหลักของการเคลือบ SiC ที่มีการเจริญเติบโตสม่ำเสมอบนพื้นผิวของสารตั้งต้นกราไฟท์ และคุณภาพได้รับการตรวจสอบโดยลูกค้าในประเทศและต่างประเทศ ในเวลาเดียวกัน ยังมีข้อได้เปรียบทางการแข่งขันในด้านราคาอีกด้วย ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ MOCVD สำหรับการใช้ซับสเตรตกราไฟท์ที่เคลือบ SiC 


Vetek semiconductor มีส่วนร่วมในการวิจัยและพัฒนาในสาขาการเคลือบ SiCมานานกว่า 20 ปี ดังนั้นเราจึงได้เปิดตัวเทคโนโลยีชั้นบัฟเฟอร์แบบเดียวกับ SGL ด้วยเทคโนโลยีการประมวลผลแบบพิเศษ คุณสามารถเพิ่มชั้นบัฟเฟอร์ระหว่างกราไฟท์และซิลิคอนคาร์ไบด์ได้ เพื่อยืดอายุการใช้งานได้มากกว่าสองเท่า

X
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept