الجرافيت عالي النقاء - مادة مستهلكة رئيسية في مجال أشباه الموصلات من الجيل الثالث

مع الإنتاج الضخم التدريجي لركائز SiC الموصلة، يتم طرح متطلبات أعلى لاستقرار العملية وتكرارها. في الفترة اللاحقة، يجب أن نواجه التحدي المتمثل في "النمو السريع، والنمو الكثيف، والنمو"، بالإضافة إلى تحسين النظرية والهندسة، نحتاج أيضًا إلى مواد مجال حراري أكثر تقدمًا كدعم. يتميز الجرافيت عالي النقاء بمقاومة درجات الحرارة العالية، والتوصيل الكهربائي الجيد والاستقرار الكيميائي، وأصبح مادة رئيسية في مجال أشباه الموصلات.

جرافيت عالي النقاء يدعم المجال

في الوقت الحاضر، يستخدم النمو البلوري الأحادي كربيد السيليكون التجاري السائد طريقة PVT. تستخدم هذه الطريقة الملف التعريفي للتسخين، وسيتم تسخين عنصر التسخين الجرافيت عالي الكثافة تحت تأثير التيار الدوامي. يتم تعبئة مسحوق كربيد السيليكون (SiC) بالجزء السفلي من بوتقة الجرافيت، ويتم ربط بلورة بذور كربيد السيليكون (SiC) داخل غطاء بوتقة الجرافيت الذي لديه مسافة معينة من سطح المادة الخام، ثم بوتقة الجرافيت كطبقة يتم وضع الكل في جسم تسخين الجرافيت، ويتم وضع المادة الخام من كربيد السيليكون (SiC) في منطقة درجة الحرارة المرتفعة عن طريق ضبط درجة حرارة لباد الجرافيت الخارجي. توجد بلورة بذور كربيد السيليكون (SiC) في منطقة درجات الحرارة المنخفضة.

في هذه العملية، تعد المنطقة المكونة من البوتقة والمواد العازلة المحيطة بها هي المنطقة الأكثر أهمية لنمو بلورات SiC المفردة، والتي تسمى منطقة المجال الساخن. في الوقت الحاضر، يعتمد فرن النمو البلوري الفردي SiC الدولي تقنية تسخين التردد المتوسط، والتي تتميز بغرفة النمو البلوري التي يمكن أن تصل إلى درجة حرارة عالية جدًا (تصل إلى 3000 درجة مئوية)، في سيناريو درجة الحرارة المرتفعة هذا، يمكن أن يتحمل الجرافيت والمنتجات ذات الصلة مثل درجات الحرارة المرتفعة هذه، ولا يتفاعل مع كربيد السيليكون المتسامي عند درجات الحرارة المرتفعة هذه. ولذلك، فإن البوتقة والمواد العازلة المستخدمة في زراعة كربيد السيليكون تتطلب استخدام الجرافيت عالي النقاء والمواد القائمة على الكربون. تعد النقاء العالي مطلبًا رئيسيًا لجرافيت أشباه الموصلات، خاصة في عملية نمو البلورات، وتعتبر الشوائب في الجرافيت عاملاً رئيسيًا محددًا لجودة البلورة، ويجب أن يظل محتوى الشوائب أقل من 5 أجزاء في المليون.

عيوب الجرافيت المسامية

نمو كريستال SiC صعب، ودورة البحث والتطوير الطويلة، وارتفاع تكاليف البحث والتطوير، وكيفية تقليل تكاليف البحث والتطوير، وتسريع تقدم البحث والتطوير، وتحسين جودة الكريستال أصبحت مشكلة لتطوير الصناعة. في السنوات الأخيرة، أدى إدخال الجرافيت المسامي (PG) إلى تحسين جودة نمو البلورات بشكل فعال، وتعد إضافة ألواح الجرافيت المسامية في فرن نمو بلورات SiC إحدى النقاط الساخنة لأبحاث الصناعة.

(أ)فرن بلوري طويل تقليدي،(ب)فرن بلوري طويل من لوحة الجرافيت المسامية

ذكرت جامعة دونجوي في كوريا الجنوبية في المقال أنه من خلال إدخال لوحة جرافيت مسامية فوق مسحوق كربيد السيليكون، يتم تحقيق نقل جيد لكتلة المنطقة البلورية، مما يمكن أن يحسن مجموعة متنوعة من المشكلات التقنية الموجودة في الفرن البلوري الطويل التقليدي. وجدت الدراسة أن تطبيق PG ساعد في تقليل عدد الأنابيب الدقيقة والعيوب الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يعد الجرافيت المسامي أيضًا أحد التقنيات الأساسية لحل طول وسمك بلورات SiC، لأنه يمكنه موازنة مكونات الطور الغازي، والعزل. من الشوائب النزرة، وضبط درجة الحرارة المحلية، وتقليل عبوات الكربون والجزيئات المادية الأخرى، في ظل فرضية تلبية توافر الكريستال، يمكن زيادة سمك البلورة بشكل كبير.

زقاعدة الرافيت 

تعتبر قواعد الجرافيت مكونًا شائع الاستخدام لدعم وتسخين الركائز البلورية المفردة في معدات ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD). يلعب الاستقرار الحراري والتوحيد الحراري لمعلمات الأداء لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC دورًا حاسمًا في جودة نمو المواد الفوقي، لذلك فهو المكون الرئيسي الأساسي لمعدات MOCVD. في العملية الفوقية لكربيد السيليكون، يتم حمل الرقاقة على قرص جرافيت، والذي يحتوي على نوع دلو ونوع فطيرة وقرص جرافيت واحد من رقاقة. يتم طلاء قرص الجرافيت بشكل عام بمادة SiC، والتي يتم ربطها بإحكام بأجزاء الجرافيت، مما يطيل عمر خدمة أجزاء الجرافيت ويحقق هيكل السطح عالي النقاء المطلوب لإنتاج مواد أشباه الموصلات. هناك أيضًا طلاء TaC، الجرافيت المطلي بـ TaC مقارنة بمنتجات الجرافيت المطلية بـ SiC، يتمتع بمقاومة أفضل للحرارة.

أجزاء الجرافيت لزرع الأيونات

زرع الأيونات هي تقنية لتسريع شعاع الأيونات مثل البورون والفوسفور والزرنيخ إلى طاقة معينة، ومن ثم حقنها في سطح مادة الرقاقة لتغيير خصائص المادة السطحية. ويشترط أن تكون المواد التي تشكل مكونات جهاز زرع الأيونات مواد عالية النقاء مع مقاومة ممتازة للحرارة، وموصلية حرارية، وأقل تآكل ناتج عن شعاع الأيونات، ومحتوى شوائب منخفض. يلبي الجرافيت عالي النقاء متطلبات التطبيق ويمكن استخدامه في أنابيب الطيران لمعدات زرع الأيونات، والشقوق المختلفة، والأقطاب الكهربائية، وأغطية الأقطاب الكهربائية، والقسطرة، وأجهزة إنهاء الشعاع ..... إلخ. في الوقت الحاضر، تبلغ تكلفة ركيزة كربيد السيليكون حوالي 47% من التكلفة الإجمالية للجهاز، والتي تعد نسبة تكلفة مواد المجال الحراري مثل الجرافيت المطلي هي الأعلى.

بقدر ما يتعلق الأمر بقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC، فإن الموردين الرئيسيين الدوليين لقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC هم Xycard الهولندية، وألمانيا SGL، واليابان Toyang Carbon، وشركة MEMC الأمريكية، والتي تشغل السوق الدولية بشكل أساسي. في سنغافورة، من الضروري فتح حالة توطين قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC تدريجيًا، وتحتاج صناعة قاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC إلى تسريع العملية.

تقدم شركة Fountyl Technologies PTE Ltd ظرف SIC عالي الدقة، ظرف دبوس، ظرف محزز، ظرف سيراميك مسامي.