ما هو حساس الجرافيت المغطى بالكيك؟

الشكل 1. حساس الجرافيت المغطى

1. طبقة شراعية ومعداتها

أثناء عملية تصنيع الرقاقة ، نحتاج إلى زيادة بناء طبقة مثقبة على بعض ركائز الويفر لتسهيل تصنيع الأجهزة. يشير Epitaxy إلى عملية زراعة بلورة واحدة جديدة على ركيزة بلورية واحدة تمت معالجتها بعناية عن طريق القطع والطحن والتلميع. يمكن أن تكون البلورة الفردية الجديدة هي نفس المادة مثل الركيزة ، أو مادة مختلفة (المثلية الجنسية أو غير متجانسة). نظرًا لأن الطبقة البلورية المفردة الجديدة تنمو على طول مرحلة البلورة الركيزة ، فهي تسمى طبقة الحالة الفوقية ، ويتم تنفيذ تصنيع الجهاز على الطبقة الفوقية. 

على سبيل المثال ، أGaas efitaxialيتم تحضير الطبقة على ركيزة السيليكون للأجهزة الباعثة للضوء LED ؛ أكذا الفوقياتتزرع الطبقة على ركيزة SIC موصلة لبناء SBD و MOSFET وغيرها من الأجهزة في تطبيقات الطاقة ؛ يتم إنشاء طبقة من GAN الفائقة على ركيزة SIC شبه المخللة لمزيد من تصنيع الأجهزة مثل HEMT في تطبيقات الترددات الراديوية مثل الاتصالات. تحدد المعلمات مثل سماكة المواد الفوقية وتركيز حاملة الخلفية مباشرة الخواص الكهربائية المختلفة لأجهزة SIC. في هذه العملية ، لا يمكننا الاستغناء عن معدات ترسيب البخار الكيميائي (CVD).

الشكل 2. أوضاع نمو الأفلام الفوقية

2. أهمية حسس الجرافيت المغلفة في معدات CVD

في معدات الأمراض القلبية الوعائية ، لا يمكننا وضع الركيزة مباشرة على المعدن أو ببساطة على قاعدة للترسب الفوقي ، لأنها تتضمن العديد من العوامل مثل اتجاه تدفق الغاز (الأفقي ، الرأسي) ، ودرجة الحرارة ، والضغط ، والتثبيت والملوثات. لذلك ، نحن بحاجة إلى استخدام حساس (حاملة الويفر) لوضع الركيزة على صينية واستخدام تقنية CVD لإجراء ترسبات مثقبة عليها. هذا الحاسوب هو حساس الجرافيت المغطى بالكيك (يسمى أيضًا علبة).

2.1 تطبيق SIC المغلفة على الحساسية في معدات MOCVD

يلعب Secsitor الجرافيت المغطى بدور رئيسي فيمعدات ترسيب البخار الكيميائي المعدني (MOCVD)لدعم وتسخين ركائز بلورة واحدة. يعتبر الاستقرار الحراري والتوحيد الحراري لهذا الحساسية أمرًا بالغ الأهمية لجودة المواد الفوقية ، لذلك يعتبر مكونًا أساسيًا لا غنى عنه في معدات MOCVD. تستخدم تقنية ترسب البخار الكيميائي المعدني (MOCVD) حاليًا على نطاق واسع في النمو الفوقي للأفلام الرقيقة GAN في LED الأزرق لأنها تتمتع بمزايا التشغيل البسيط ومعدل النمو القابل للتحكم والنقاء العالي.

باعتبارها واحدة من المكونات الأساسية في معدات MOCVD ، فإن نظم النيميك شبه الموصلات الجرافيت هو المسؤول عن دعم وتسخين ركائز البلورة الفردية ، والتي تؤثر بشكل مباشر على توحيد ونقاء مواد الفيلم الرقيقة ، وبالتالي يرتبط بجودة التحضير للمعاقم الفائقة. مع زيادة عدد الاستخدامات وتتغير بيئة العمل ، يكون حساء الجرافيت عرضة للارتداء وبالتالي يتم تصنيفه على أنه مستهلك.

2.2. خصائص SIC المغلفة من الحساس

لتلبية احتياجات معدات MOCVD ، يجب أن يكون للطلاء المطلوب لمحاسبي الجرافيت خصائص محددة لتلبية المعايير التالية:

✔ تغطية جيدة: يجب أن يغطي طلاء SIC تمامًا الحساس ولديه درجة عالية من الكثافة لمنع الأضرار في بيئة الغاز المسببة للتآكل.

✔ قوة الترابط العالية: يجب أن يكون الطلاء مرتبطًا بحزم بالشكل وليس من السهل الانخفاض بعد دورات متعددة في درجات الحرارة العالية ودرجات الحرارة المنخفضة.

✔ الاستقرار الكيميائي الجيد: يجب أن يكون للطلاء استقرار كيميائي جيد لتجنب الفشل في درجة حرارة عالية وأجواء تآكل.

2.3 الصعوبات والتحديات في مطابقة مواد كربيد الجرافيت والسيليكون

يعمل كربيد السيليكون (SIC) جيدًا في أجواء GAN الفوقية بسبب مزاياه مثل مقاومة التآكل ، والتوصيل الحراري العالي ، ومقاومة الصدمة الحرارية ، والاستقرار الكيميائي الجيد. يشبه معامل التمدد الحراري معامل الجرافيت ، مما يجعله المادة المفضلة لطلاءات حساس الجرافيت.

ومع ذلك ، بعد كل شيء ،الجرافيتوكربيد السيليكونوهما مادان مختلفتان ، وستظل هناك مواقف حيث يكون للطلاء عمر خدمة قصيرة ، وسهلة الانخفاض ، وزيادة التكاليف بسبب معاملات التمدد الحراري المختلفة. 

3. تكنولوجيا الطلاء كذا

3.1. أنواع شائعة من sic

في الوقت الحاضر ، تشمل الأنواع الشائعة من SIC 3C و 4H و 6H ، وأنواع مختلفة من SIC مناسبة لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، يعد 4H-SIC مناسبًا لتصنيع الأجهزة عالية الطاقة ، و 6 ساعات مستقرة نسبيًا ويمكن استخدامها للأجهزة الإلكترونية البصرية ، ويمكن استخدام 3C-SIC لإعداد الطبقات الفوقية GAN وتصنيع أجهزة RF SIC-VAND بسبب هيكلها المماثل لـ GAN. يشار إلى 3C-SIC أيضًا باسم β-SIC ، والذي يستخدم بشكل أساسي للأفلام الرقيقة ومواد الطلاء. لذلك ، β-SIC هي حاليًا واحدة من المواد الرئيسية للطلاء.

3.2.طلاء كربيد السيليكونطريقة التحضير

هناك العديد من الخيارات لإعداد الطلاءات كربيد السيليكون ، بما في ذلك طريقة جل سول ، طريقة الرش ، طريقة رش شعاع الأيونات ، طريقة تفاعل البخار الكيميائي (CVR) وطريقة ترسيب البخار الكيميائي (CVD). من بينها ، تعد طريقة ترسيب البخار الكيميائي (CVD) حاليًا التكنولوجيا الرئيسية لإعداد الطلاء SIC. هذه الطريقة تودع الطلاء SIC على سطح الركيزة من خلال تفاعل طور الغاز ، والتي لها مزايا الترابط الوثيق بين الطلاء والركيزة ، مما يحسن مقاومة الأكسدة ومقاومة الاجتثاث للمواد الركيزة.

إن طريقة تلبيس درجة الحرارة العالية ، من خلال وضع الركيزة الجرافيت في مسحوق التضمين وتلبسها في درجة حرارة عالية تحت جو خامل ، تشكل أخيرًا طلاءًا كذا على سطح الركيزة ، والذي يسمى طريقة التضمين. على الرغم من أن هذه الطريقة بسيطة والطلاء مرتبط بإحكام بالركيزة ، إلا أن توحيد الطلاء في اتجاه السماكة ضعيف ، والثقوب عرضة للظهور ، مما يقلل من مقاومة الأكسدة.

✔ طريقة الرشيتضمن رش المواد الخام السائلة على سطح الركيزة الجرافيت ، ثم ترسيخ المواد الخام في درجة حرارة محددة لتشكيل طلاء. على الرغم من أن هذه الطريقة منخفضة التكلفة ، إلا أن الطلاء مرتبط بشكل ضعيف بالركيزة ، والطلاء له توحيد ضعيف وسمك رفيع ومقاومة للأكسدة السيئة ، وعادة ما يتطلب علاجًا إضافيًا.

✔ تقنية رش شعاع أيونيستخدم بندقية شعاع أيون لرش المادة المنصهرة أو منصرة جزئيًا على سطح الركيزة الجرافيت ، والتي تُصلب بعد ذلك وروابط لتشكيل طلاء. على الرغم من أن العملية بسيطة ويمكن أن تنتج طلاء كربيد سيليكون كثيف نسبيًا ، إلا أن الطلاء سهل الكسر ويحتوي على مقاومة للأكسدة الضعيفة. عادة ما يستخدم لإعداد الطلاءات المركبة SIC عالية الجودة.

✔ طريقة SOL-GEL، تتضمن هذه الطريقة إعداد محلول SOL موحد وشفاف ، وتطبيقه على سطح الركيزة ، ثم التجفيف والتلبيخ لتشكيل طلاء. على الرغم من أن العملية بسيطة وتكون التكلفة منخفضة ، إلا أن الطلاء المعدل له مقاومة صدمة حرارية منخفضة وعرضة للتكسير ، وبالتالي فإن نطاق التطبيق الخاص به محدود.

✔ تقنية تفاعل البخار الكيميائي (CVR): يستخدم CVR مسحوق Si و SiO2 لإنشاء بخار Sio ، ويشكل طلاء SIC عن طريق التفاعل الكيميائي على سطح الركيزة من مادة الكربون. على الرغم من أنه يمكن إعداد طلاء مرتبط بإحكام ، إلا أن درجة حرارة التفاعل أعلى مطلوبة وتكون التكلفة مرتفعة.

✔ ترسيب البخار الكيميائي (CVD): CVD هي حاليًا التكنولوجيا الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لإعداد الطلاء SIC ، ويتم تشكيل الطلاء SIC من خلال تفاعلات طور الغاز على سطح الركيزة. يتم ربط الطلاء الذي أعدته هذه الطريقة بشكل وثيق بالركيزة ، مما يحسن مقاومة أكسدة الركيزة ومقاومة التذرية ، ولكنه يتطلب وقت ترسب طويل ، وقد يكون غاز التفاعل سامًا.

الشكل 3. رسم تخطيطي للبخار الكيميائي

4. مسابقة السوق وانها أشباه الموصلاتالابتكار التكنولوجي

في سوق الركيزة الجرافيت المغلفة SIC ، بدأت الشركات المصنعة الأجانب في وقت مبكر ، مع مزايا رائدة واضحة وحصة سوقية أعلى. على الصعيد الدولي ، فإن Xycard في هولندا ، SGL في ألمانيا ، تويو تانسو في اليابان ، و MEMC في الولايات المتحدة هم موردون رئيسيون ، ويحتكرون السوق الدولي بشكل أساسي. ومع ذلك ، فقد اخترقت الصين الآن التكنولوجيا الأساسية المتمثلة في تنمو بشكل موحد على سطح ركائز الجرافيت ، وقد تم التحقق من جودتها من قبل العملاء المحليين والأجانب. في الوقت نفسه ، لديها أيضًا بعض المزايا التنافسية في السعر ، والتي يمكن أن تلبي متطلبات معدات MOCVD لاستخدام ركائز الجرافيت المغلفة SIC. 

انخرطت أشباه الموصلات الفيتيكية في البحث والتطوير في مجالالطلاء كذالأكثر من 20 سنة. لذلك ، أطلقنا نفس تقنية الطبقة العازلة مثل SGL. من خلال تقنية المعالجة الخاصة ، يمكن إضافة طبقة عازلة بين الجرافيت والكربيد السيليكون لزيادة عمر الخدمة بأكثر من مرتين.