مادة من سيليكون كربيد epitaxy

كربيد السيليكون ، مع الصيغة الكيميائية SIC ، هو مادة أشباه الموصلات المركبة التي تتكون من روابط تساهمية قوية بين عناصر السيليكون (SI) وعناصر الكربون (C). بفضل خصائصه الفيزيائية والكيميائية الممتازة ، فإنه يلعب دورًا متزايد الأهمية في العديد من المجالات الصناعية ، وخاصة في عملية تصنيع أشباه الموصلات.

Ⅰ. الخصائص الفيزيائية الأساسية لكاربايد السيليكون (كذا)

Understanding the physical properties of SiC is the basis for understanding its application value:

1) صلابة عالية:

تقلص Mohs من SIC حوالي 9-9.5 ، في المرتبة الثانية بعد الماس. وهذا يعني أن لديها ارتداء ممتازة ومقاومة للخدش.

قيمة التطبيق: في معالجة أشباه الموصلات ، هذا يعني أن الأجزاء المصنوعة من SIC (مثل الأسلحة الآلية ، والخطوط ، والأقراص الطحن) لها حياة أطول ، وتقلل من توليد الجسيمات الناجم عن التآكل ، وبالتالي تحسين نظافة واستقرار العملية.

2) خصائص حرارية ممتازة:

● الموصلية الحرارية العالية: 

الموصلية الحرارية لـ SIC أعلى بكثير من مواد السيليكون التقليدية والعديد من المعادن (ما يصل إلى 300-490 واط/(M⋅K) في درجة حرارة الغرفة ، اعتمادًا على شكله البلوري ونقهته).

قيمة التطبيق: يمكن أن تبدد الحرارة بسرعة وكفاءة. هذا أمر بالغ الأهمية لتبديد الحرارة لأجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة ، والتي يمكن أن تمنع الجهاز من ارتفاع درجة الحرارة والفشل ، وتحسين موثوقية وأداء الجهاز. في معدات العمليات ، مثل السخانات أو لوحات التبريد ، يضمن الموصلية الحرارية العالية توحيد درجة الحرارة والاستجابة السريعة.

● معامل التمدد الحراري المنخفض: SIC لديه تغيير أبعاد ضئيل على مدى درجة حرارة واسعة.

قيمة التطبيق: في عمليات أشباه الموصلات التي تعاني من تغييرات في درجات الحرارة الحادة (مثل الصلب الحراري السريع) ، يمكن أن تحافظ أجزاء SIC على شكلها ودقتها الأبعاد ، وتقليل الإجهاد والتشوه الناجم عن عدم تطابق حراري ، وضمان دقة المعالجة وعائد الجهاز.

● الاستقرار الحراري الممتاز: يمكن لـ SIC الحفاظ على هيكله واستقرار الأداء في درجات حرارة عالية ، ويمكنه تحمل درجات الحرارة حتى 1600 درجة مئوية أو أعلى في جو خامل.

قيمة التطبيق: مناسبة لبيئات العملية ذات درجة الحرارة العالية مثل النمو الفوقي ، الأكسدة ، الانتشار ، وما إلى ذلك ، وليس من السهل التحلل أو الرد مع مواد أخرى.

● مقاومة صدمة حرارية جيدة: قادرة على تحمل التغيرات في درجات الحرارة السريعة دون تكسير أو تلف.

قيمة التطبيق: مكونات SIC أكثر متانة في خطوات العملية التي تتطلب ارتفاع درجة الحرارة والانخفاض.

3） الخصائص الكهربائية المتفوقة (خاصة لأجهزة أشباه الموصلات):

● فجوة واسعة النطاق: يبلغ عدد الفئة الفرقة لـ SIC حوالي ثلاثة أضعاف من السيليكون (SI) (على سبيل المثال ، 4H-SIC حوالي 3.26EV و SI حوالي 1.12ev).

قيمة التطبيق:

درجة حرارة التشغيل العالية: فإن فجوة النطاق العريض تجعل تركيز الناقل الجوهري لأجهزة SIC لا يزال منخفضًا جدًا في درجات حرارة عالية ، بحيث يمكن أن يعمل في درجات حرارة أعلى بكثير من أجهزة السيليكون (حتى 300 درجة مئوية أو أكثر).

حقل كهربائي عالي الانهيار: تقع قوة الحقل الكهربائي في SIC ما يقرب من 10 أضعاف قوة السيليكون. هذا يعني أنه في نفس مستوى مقاومة الجهد ، يمكن جعل الأجهزة SIC أرق وأن مقاومة منطقة الانجراف أصغر ، مما يقلل من خسائر التوصيل.

مقاومة الإشعاع القوية: إن فجوة النطاق العريض تجعلها تتمتع بمقاومة إشعاعية أفضل وهي مناسبة للبيئات الخاصة مثل الطيران.

● ارتفاع سرعة الانجراف الإلكترون: سرعة انجراف الإلكترون في SIC هي ضعف سرعة السيليكون.

قيمة التطبيق: يمكّن ذلك أجهزة SIC من العمل في ترددات التبديل العليا ، وهو مفيد لتقليل حجم ووزن المكونات السلبية مثل المحاثات والمكثفات في النظام وتحسين كثافة طاقة النظام.

4） الاستقرار الكيميائي الممتاز:

يتمتع SIC بمقاومة قوية للتآكل ولا يتفاعل مع معظم الأحماض أو القواعد أو الأملاح المنصهرة في درجة حرارة الغرفة. يتفاعل مع بعض المؤكسدات القوية أو القواعد المنصهرة فقط في درجات حرارة عالية.

قيمة التطبيق: في العمليات التي تنطوي على مواد كيميائية تآكل مثل الحفر والتنظيف شبه الموصلات ، فإن مكونات SIC (مثل القوارب والأنابيب والفتحات) لها عمر خدمة أطول وخفض خطر التلوث. في العمليات الجافة مثل حفر البلازما ، يعد تسامحه مع البلازما أفضل من العديد من المواد التقليدية.

5）نقاء عالي (نقاء عالي يمكن تحقيقه):

يمكن إعداد مواد SIC عالية النقاء بطرق مثل ترسب البخار الكيميائي (CVD).

قيمة المستخدم: في تصنيع أشباه الموصلات ، يعد نقاء المواد أمرًا بالغ الأهمية ، وقد تؤثر أي شوائب على أداء الجهاز والعائد. مكونات SIC عالية النقاء تقلل من تلوث رقائق السيليكون أو بيئات العملية.

Ⅱ. تطبيق كربيد السيليكون (SIC) كركيزة مثقبة

رقائق الكريستال الفردية SIC هي مواد الركيزة الرئيسية لتصنيع أجهزة الطاقة SIC عالية الأداء (مثل MOSFETS ، JFETS ، SBDS) وأجهزة NITRIDE NITRIDE (GAN) RF/POWER.

سيناريوهات التطبيق والاستخدامات المحددة:

1) sic-on-sic epitaxy:

الاستخدام: على الركيزة البلورية المفردة ذات النقاء العالي ، يتم زراعة طبقة مثقبة محددة مع المنشطات والسماكة المحددة بواسطة Epitaxy البخارية الكيميائية (CVD) لإنشاء المنطقة النشطة لأجهزة الطاقة SIC.

قيمة التطبيق: تساعد الموصلية الحرارية الممتازة لركيزة SIC الجهاز على تبديد الحرارة ، وتمكن خصائص خلفية النطاق العريض الجهاز من تحمل الجهد العالي ودرجة الحرارة العالية وتشغيل التردد العالي. وهذا يجعل أجهزة الطاقة SIC تعمل بشكل جيد في مركبات الطاقة الجديدة (التحكم الكهربائي ، وشحن أكوام) ، ومزولات الكهروضوئية ، ومحركات المحركات الصناعية ، والشبكات الذكية وغيرها من الحقول ، وتحسين كفاءة النظام بشكل كبير وتقليل حجم المعدات ووزنها.

2) Gan-on-sic epitaxy:

الاستخدام: تعتبر ركائز SIC مثالية لتنمية الطبقات الفوقية GAN عالية الجودة (خاصة بالنسبة للأجهزة RF عالية التردد ، عالية الطاقة مثل HEMTS) نظرًا لمطابقة شعرية جيدة مع GAN (مقارنة بالياقوت والسيليكون) والتوصيل الحراري العالي للغاية.

قيمة التطبيق: يمكن للركائز SIC إجراء كمية كبيرة من الحرارة التي تم إنشاؤها بواسطة أجهزة GAN أثناء التشغيل لضمان موثوقية الأجهزة وأداءها. وهذا يجعل أجهزة Gan-on-SIC لها مزايا لا يمكن الاستغناء عنها في محطات قاعدة الاتصالات 5G وأنظمة الرادار والتدابير الإلكترونية والمجالات الأخرى.

Ⅲ. تطبيق كربيد السيليكون (SIC) كطلاء

عادةً ما يتم إيداع الطلاء SIC على سطح الركائز مثل الجرافيت أو السيراميك أو المعادن بواسطة طريقة CVD لإعطاء خصائص ممتازة من الركيزة.

سيناريوهات التطبيق والاستخدامات المحددة:

1) مكونات معدات حفر البلازما:

أمثلة على المكونات: رؤوس الدش ، وبطانات الغرفة ، وأسطح ESC ، وحلقات التركيز ، ونوافذ الحفر.

الاستخدامات: في بيئة البلازما ، يتم قصف هذه المكونات بواسطة أيونات الطاقة العالية والغازات المسببة للتآكل. تحمي الطلاء SIC هذه المكونات الحرجة من الأضرار مع صلابة عالية ، والاستقرار الكيميائي العالي ، ومقاومة تآكل البلازما.

قيمة التطبيق: تمديد عمر المكون ، وتقليل الجسيمات الناتجة عن تآكل المكون ، وتحسين استقرار العملية وتكرارها ، وتقليل تكاليف الصيانة ووقت التوقف ، وضمان نظافة معالجة الرقاقة.

2) مكونات معدات النمو الفوقي:

أمثلة على المكونات: شركات تصنيع/حاملات رقاقة ، عناصر سخان.

الاستخدامات: في بيئات النمو الفائقة ذات درجة الحرارة العالية ، يمكن أن توفر الطلاءات SIC (عادةً SIC عالية النقاء) ثباتًا كبيرًا في درجات الحرارة العالية والختام الكيميائي لمنع التفاعل مع غازات العملية أو إطلاق الشوائب.

قيمة التطبيق: تأكد من جودة ونقاء الطبقة الفوقية ، وتحسين توحيد درجة الحرارة ودقة التحكم.

3) مكونات معدات العملية الأخرى:

أمثلة مكونة: أقراص الجرافيت من معدات MOCVD ، قوارب مطلية كذا (قوارب للانتشار/الأكسدة).

الاستخدامات: تقديم أسطح عالية الدقة ، مقاومة للدرجات الحرارة العالية.

قيمة التطبيق: تحسين موثوقية العملية وعمر المكون.

Ⅳ. تطبيق كربيد السيليكون (SIC) كمكونات منتج محددة أخرى (مكونات منتج محددة أخرى)

بالإضافة إلى كونها ركيزة وطلاء ، تتم معالجة SIC نفسها مباشرة في مكونات مختلفة بدقة بسبب أدائها الشامل الممتاز.

سيناريوهات التطبيق والاستخدامات المحددة:

1) مكونات معالجة ونقل الويفر:

أمثلة على المكونات: مؤثرات نهاية الروبوت ، خبز الفراغ ، قبضة الحافة ، دبابيس الرفع.

الاستخدام: تتطلب هذه المكونات صلابة عالية ، ومقاومة للارتداء العالية ، والتمدد الحراري المنخفض والنقاء العالي لضمان عدم توليد أي جزيئات ، ولا خدوش رقاقة ، ولا تشوه بسبب التغيرات في درجة الحرارة عند نقل الرقاقات بسرعة عالية ودقة عالية.

قيمة التطبيق: تحسين موثوقية ونظافة نقل الرقاقة ، وتقليل أضرار الويفر ، وضمان التشغيل المستقر لخطوط الإنتاج الآلية.

2) معدات العمليات عالية درجة الحرارة الأجزاء الهيكلية:

أمثلة على المكونات: أنابيب الفرن للانتشار/الأكسدة ، القوارب/النابض ، أنابيب الحماية الحرارية ، الفوهات.

التطبيق: استخدم قوة درجة الحرارة المرتفعة لـ SIC ، ومقاومة الصدمة الحرارية ، والختام الكيميائي ، وخصائص التلوث المنخفضة.

قيمة التطبيق: توفير بيئة عملية مستقرة في أكسدة درجات الحرارة العالية ، والانتشار ، والتلدين وغيرها من العمليات ، وتوسيع عمر المعدات وتقليل الصيانة.

3) مكونات السيراميك الدقيقة:

أمثلة مكون: المحامل ، الأختام ، الأدلة ، اللوحات اللف.

التطبيق: الاستفادة من صلابة SIC عالية ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل والاستقرار الأبعاد.

قيمة التطبيق: أداء ممتاز في بعض المكونات الميكانيكية التي تتطلب دقة عالية ، حياة طويلة ومقاومة للبيئات القاسية ، مثل بعض المكونات المستخدمة في معدات CMP (التلميع الميكانيكي الكيميائي).

4) المكونات البصرية:

أمثلة مكون: المرايا للبصريات الأشعة فوق البنفسجية/الأشعة السينية ، النوافذ البصرية.

الاستخدامات: الصلابة العالية لـ SIC ، والتمدد الحراري المنخفض ، والتوصيل الحراري العالي والقابلية للتلميع تجعلها مادة مثالية لتصنيع مرايا واسعة النطاق وعالية الاستقرار (خاصة في التلسكوبات الفضائية أو مصادر إشعاع التزامن).

قيمة التطبيق: توفر الأداء البصري الممتاز والاستقرار الأبعاد في ظل الظروف القاسية.