Materiale af siliciumcarbidepitaxy

Siliciumcarbid, med den kemiske formel SIC, er et sammensat halvledermateriale dannet af stærke kovalente bindinger mellem silicium (SI) og carbon (C) elementer. Med sine fremragende fysiske og kemiske egenskaber spiller det en stadig vigtigere rolle i mange industrielle felter, især inden for den krævende halvlederfremstillingsproces.

Ⅰ. Kerne fysiske egenskaber ved siliciumcarbid (SIC)

At forstå SIC's fysiske egenskaber er grundlaget for at forstå dens anvendelsesværdi:

1) Høj hårdhed:

MOHS-hårdheden af ​​SIC er omkring 9-9,5, kun anden til Diamond. Dette betyder, at det har fremragende slid- og ridsemodstand.

Anvendelsesværdi: I halvlederforarbejdning betyder det, at dele lavet af SIC (såsom robotarme, chucks, slibeskiver) har en længere levetid, reducerer partikelgenerering forårsaget af slid og dermed forbedrer renheden og stabiliteten af ​​processen.

2) Fremragende termiske egenskaber:

● Høj termisk ledningsevne: 

SIC's termiske ledningsevne er meget højere end for traditionelle siliciummaterialer og mange metaller (op til 300–490W/(M⋅K) ved stuetemperatur, afhængigt af dens krystalform og renhed).

Anvendelsesværdi: Det kan sprede varme hurtigt og effektivt. Dette er kritisk for varmeafledning af højeffekthalvlederenheder, som kan forhindre, at enheden overophedes og fiasko og forbedrer enhedens pålidelighed og ydeevne. I procesudstyr, såsom varmeapparater eller afkølingsplader, sikrer høj termisk ledningsevne temperaturuniformitet og hurtig respons.

● Lav termisk ekspansionskoefficient: SIC har lidt dimensionel ændring over et bredt temperaturområde.

Anvendelsesværdi: I halvlederprocesser, der oplever drastiske temperaturændringer (såsom hurtig termisk annealing), kan SIC -dele opretholde deres form og dimensionel nøjagtighed, reducere stress og deformation forårsaget af termisk uoverensstemmelse og sikre behandlingsnøjagtighed og enhedsudbytte.

● Fremragende termisk stabilitet: SIC kan opretholde sin struktur og ydelsesstabilitet ved høje temperaturer og kan modstå temperaturer op til 1600 ∘C eller endda højere i en inert atmosfære.

Anvendelsesværdi: Velegnet til proces med høj temperaturproces, såsom epitaksial vækst, oxidation, diffusion osv., Og er ikke let at nedbrydes eller reagere med andre stoffer.

● God termisk stødmodstand: i stand til at modstå hurtige temperaturændringer uden at revne eller skade.

Anvendelsesværdi: SIC -komponenter er mere holdbare i processtrin, der kræver hurtig temperaturstigning og fald.

3） Overlegne elektriske egenskaber (især til halvlederenheder):

● Bred båndgap: SIC-båndgap er cirka tre gange det af silicium (SI) (for eksempel er 4H-SIC omkring 3,26EV og SI er ca. 1,12ev).

Anvendelsesværdi:

Høj driftstemperatur: Den brede båndgap gør den iboende bærerkoncentration af SIC -enheder stadig meget lave ved høje temperaturer, så det kan fungere ved temperaturer meget højere end siliciumenheder (op til 300 ° C eller mere).

Elektrisk felt med høj nedbrydning: SiC's sammenbrud af elektrisk felt er næsten 10 gange den af ​​silicium. Dette betyder, at SIC -enheder på det samme spændingsmodstandsniveau kan gøres tyndere, og drivregionsmodstanden er mindre, hvilket reducerer ledningstab.

Stærk strålingsmodstand: Det brede båndgap får det også til at have bedre strålingsmodstand og er velegnet til specielle miljøer såsom rumfart.

● Elektrondrifthastighed med høj mætning: Mætningselektrondrifthastigheden af ​​SIC er dobbelt så stor som silicium.

Applikationsværdi: Dette gør det muligt for SIC -enheder at fungere ved højere switching -frekvenser, hvilket er fordelagtigt for at reducere volumen og vægten af ​​passive komponenter såsom induktorer og kondensatorer i systemet og forbedre systemets effekttæthed.

4） Fremragende kemisk stabilitet:

SIC har stærk korrosionsmodstand og reagerer ikke med de fleste syrer, baser eller smeltede salte ved stuetemperatur. Det reagerer med visse stærke oxidanter eller smeltede baser kun ved høje temperaturer.

Anvendelsesværdi: I processer, der involverer ætsende kemikalier såsom halvleder våd ætsning og rengøring, har SIC -komponenter (såsom både, rør og dyser) længere levetid og lavere risiko for forurening. I tørre processer som plasma -ætsning er dens tolerance over for plasma også bedre end mange traditionelle materialer.

5）Høj renhed (opnåelig høj renhed):

SIC-materialer med høj renhed kan fremstilles ved metoder, såsom kemisk dampaflejring (CVD).

Brugerværdi: Ved fremstilling af halvleder er materiel renhed kritisk, og eventuelle urenheder kan påvirke enhedens ydeevne og udbytte. SIC-komponenter med høj renhed minimerer kontaminering af siliciumskiver eller procesmiljøer.

Ⅱ. Anvendelse af siliciumcarbid (SIC) som epitaksial substrat

SIC enkelt krystalskiver er nøglesubstratmaterialer til fremstilling af højtydende SIC-strømenheder (såsom MOSFET'er, JFET'er, SBD'er) og galliumnitrid (GAN) RF/strømenheder.

Specifikke applikationsscenarier og anvendelser:

1) SiC-on-Sic Epitaxy:

Brug: På et SIC-krystelunderlag med høj renhed dyrkes et SIC-epitaksiallag med specifik doping og tykkelse af kemisk dampepitaxy (CVD) til konstruktion af det aktive område af SIC-strømenheder.

Anvendelsesværdi: Den fremragende termiske ledningsevne af SIC -substratet hjælper enheden med at sprede varme, og de brede båndgapegenskaber gør det muligt for enheden at modstå høj spænding, høj temperatur og højfrekvensdrift. Dette får SIC -strømenheder til at fungere godt i nye energikøretøjer (elektrisk kontrol, opladning af bunker), fotovoltaiske invertere, industrimotordrev, smarte gitter og andre felter, hvilket forbedrer systemeffektiviteten og reducerer udstyrsstørrelsen og vægt.

2) Gan-on-Sic Epitaxy:

Brug: SIC-underlag er ideelle til dyrkning af gan-epitaksiale lag af høj kvalitet (især til højfrekvent, højeffekt RF-enheder såsom HEMT'er) på grund af deres gode gitter, der matcher med GaN (sammenlignet med safir og silicium) og ekstremt høj termisk ledningsevne.

Anvendelsesværdi: SIC -underlag kan effektivt udføre en stor mængde varme, der genereres af GAN -enheder under drift for at sikre pålideligheden og ydelsen på enhederne. Dette gør Gan-on-Sic-enheder til at have uerstattelige fordele i 5G-kommunikationsbasestationer, radarsystemer, elektroniske modforanstaltninger og andre felter.

Ⅲ. Anvendelse af siliciumcarbid (SIC) som belægning

SIC -belægninger afsættes normalt på overfladen af ​​substrater, såsom grafit, keramik eller metaller ved CVD -metode for at give substratet SIC fremragende egenskaber.

Specifikke applikationsscenarier og anvendelser:

1) Plasma -ætsningsudstyrskomponenter:

Eksempler på komponenter: brusehoveder, kammerforinger, ESC -overflader, fokusringe, ætsevinduer.

Anvendelser: I et plasmamiljø bombarderes disse komponenter af højenergi-ioner og ætsende gasser. SIC -overtræk beskytter disse kritiske komponenter mod skader med deres høje hårdhed, høje kemiske stabilitet og resistens over for plasmas erosion.

Anvendelsesværdi: Udvid komponentens levetid, reducer partikler genereret ved komponent erosion, forbedring af processtabilitet og gentagelighed, reducer vedligeholdelsesomkostninger og nedetid og sikrer renheden af ​​Wafer -behandling.

2) Epitaksiale vækstudstyrskomponenter:

Eksempler på komponenter: følgere/wafer -bærere, varmelegementer.

Anvendelser: I høj-temperatur, epitaksiale vækstmiljøer med høj renhed, kan SIC Coatings (normalt SIC med høj renhed) give fremragende stabilitet og kemisk inertitet med høj temperatur for at forhindre reaktion med procesgasser eller frigivelse af urenheder.

Anvendelsesværdi: Sørg for kvaliteten og renheden af ​​det epitaksiale lag, forbedrer temperaturuniformiteten og kontrolnøjagtigheden.

3) Andre procesudstyrskomponenter:

Komponenteksempler: Grafitdiske af MOCVD -udstyr, sic coatede både (både til diffusion/oxidation).

Anvendelser: Tilvejebring korrosionsbestandig, høje temperaturbestandig overflader med høj renhed.

Anvendelsesværdi: Forbedre procesens pålidelighed og komponentlevetid.

Ⅳ. Anvendelse af siliciumcarbid (SIC) som andre specifikke produktkomponenter (andre specifikke produktkomponenter)

Ud over at være et underlag og belægning behandles SIC også direkte til forskellige præcisionskomponenter på grund af dens fremragende omfattende ydelse.

Specifikke applikationsscenarier og anvendelser:

1) Waferhåndtering og overførselskomponenter:

Eksempler på komponenter: robot slutningseffektorer, vakuumchucks, kantgreb, løftestifter.

Brug: Disse komponenter kræver høj stivhed, høj slidstyrke, lav termisk ekspansion og høj renhed for at sikre, at der ikke genereres partikler, ingen skive ridser og ingen deformation på grund af temperaturændringer, når de transporterer skiver i høj hastighed og høj præcision.

Anvendelsesværdi: Forbedre pålideligheden og renligheden ved skader af skiven, reducer skader på skader og sikre den stabile drift af automatiserede produktionslinjer.

2) Strukturelle dele med høj temperaturprocesudstyr:

Eksempler på komponenter: ovnrør til diffusion/oxidation, både/cantilevers, termoelementbeskyttelsesrør, dyser.

Anvendelse: Brug SICs styrke med høj temperatur, termisk stødmodstand, kemisk inertitet og lave forureningsegenskaber.

Anvendelsesværdi: Giv et stabilt procesmiljø i oxidation af høj temperatur, diffusion, udglødning og andre processer, udvid udstyrets levetid og reducer vedligeholdelse.

3) Præcision keramiske komponenter:

Komponenteksempler: Lejer, sæler, guider, lappeplader.

Anvendelse: Brug SICs høje hårdhed, slidstyrke, korrosionsbestandighed og dimensionel stabilitet.

Anvendelsesværdi: Fremragende ydelse i nogle mekaniske komponenter, der kræver høj præcision, lang levetid og modstand mod barske miljøer, såsom nogle komponenter, der bruges i CMP (kemisk mekanisk polering) udstyr.

4) Optiske komponenter:

Komponenteksempler: Spejle til UV/røntgenoptik, optiske vinduer.

Anvendelser: SICs høje stivhed, lav termisk ekspansion, høj termisk ledningsevne og poleringsevne gør det til et ideelt materiale til fremstilling af storskala spejler med høj stabilitet (især i rumteleskoper eller synkrotronstrålingskilder).

Applikationsværdi: Tilvejebringer fremragende optisk ydeevne og dimensionel stabilitet under ekstreme forhold.