گرافیت با خلوص بالا - کلید مصرفی در زمینه نیمه هادی نسل سوم

با تولید انبوه تدریجی بسترهای SiC رسانا، الزامات بالاتری برای پایداری و تکرارپذیری فرآیند مطرح می‌شود. در دوره های بعدی، ما باید با چالش "رشد سریع، ضخیم شدن، و بزرگ شدن" روبرو شویم، علاوه بر بهبود تئوری و مهندسی، به مواد میدان حرارتی پیشرفته تری نیز به عنوان پشتیبان نیاز داریم. گرافیت با خلوص بالا دارای مقاومت در برابر دمای بالا، هدایت الکتریکی خوب و پایداری شیمیایی است و به یک ماده کلیدی در زمینه نیمه هادی تبدیل شده است.

گرافیت با خلوص بالا از میدان پشتیبانی می کند

در حال حاضر، رشد تجاری تک کریستال کاربید سیلیکون از روش PVT استفاده می کند. این روش از سیم پیچ القایی برای گرم کردن استفاده می کند و عنصر گرمایش گرافیت با چگالی بالا تحت اثر جریان گردابی گرم می شود. پودر سیلیکون کاربید (SiC) با کف بوته گرافیتی پر می شود، کریستال بذر کاربید سیلیکون (SiC) در داخل پوشش بوته گرافیتی که فاصله معینی از سطح ماده خام دارد، به هم متصل می شود و سپس بوته گرافیتی به عنوان یک کل در بدنه گرمایش گرافیت قرار می گیرد و ماده خام کاربید سیلیکون (SiC) با تنظیم دمای نمد گرافیتی خارجی در ناحیه دمای بالا قرار می گیرد. کریستال بذر کاربید سیلیکون (SiC) به ترتیب در ناحیه دمای پایین قرار دارد.

در این فرآیند، ناحیه ای که از بوته و مواد عایق اطراف آن تشکیل شده است، مهمترین ناحیه برای رشد تک بلورهای SiC است که به آن ناحیه میدان گرم می گویند. در حال حاضر، کوره بین المللی رشد تک کریستال SiC از فناوری گرمایش فرکانس متوسط ​​استفاده می کند، که مشخص می شود محفظه رشد کریستال می تواند به دمای بسیار بالایی (تا 3000 درجه سانتیگراد) برسد، در این سناریوی دمای بالا، گرافیت و محصولات مرتبط می توانند مقاومت کنند. چنین دماهای بالایی، و با تصعید SiC در چنین دماهای بالایی واکنش نشان نمی دهد. بنابراین، بوته و مواد عایق مورد استفاده برای رشد SiC نیاز به استفاده از گرافیت با خلوص بالا و مواد مبتنی بر کربن دارند. خلوص بالا یک نیاز کلیدی گرافیت نیمه هادی است، به ویژه در فرآیند رشد کریستال، ناخالصی های موجود در گرافیت یک عامل کلیدی تعیین کننده کیفیت کریستال است، محتوای ناخالصی باید زیر 5 قسمت در میلیون نگه داشته شود.

عیوب گرافیت متخلخل

رشد کریستال SiC دشوار است، چرخه تحقیق و توسعه طولانی، هزینه های تحقیق و توسعه بالا، نحوه کاهش هزینه های تحقیق و توسعه، تسریع پیشرفت تحقیق و توسعه، بهبود کیفیت کریستال به یک مشکل برای توسعه صنعت تبدیل شده است. در سال های اخیر، معرفی گرافیت متخلخل (PG) به طور موثری کیفیت رشد کریستال را بهبود بخشیده است و افزودن صفحات گرافیت متخلخل در کوره رشد کریستال SiC یکی از نقاط داغ تحقیقات صنعت است.

(آ)کوره کریستال بلند سنتی(ب)کوره کریستال بلند از صفحه گرافیت متخلخل

دانشگاه دونگوی کره جنوبی در مقاله ذکر کرد که با قرار دادن یک صفحه گرافیتی متخلخل در بالای پودر SiC، انتقال جرم ناحیه کریستالی خوبی حاصل می شود که می تواند انواع مشکلات فنی موجود در کوره بلورهای بلند سنتی را بهبود بخشد. این مطالعه نشان داد که استفاده از PG به کاهش تعداد ریز لوله‌ها و سایر عیوب کمک می‌کند. علاوه بر این، گرافیت متخلخل نیز یکی از فناوری‌های اصلی برای حل طول و ضخامت کریستال‌های SiC است، زیرا می‌تواند اجزای فاز گاز را متعادل کند. از ناخالصی های کمیاب، تنظیم دمای محلی، کاهش بسته بندی کربن و سایر ذرات فیزیکی، با فرض دیدار با در دسترس بودن کریستال، ضخامت کریستال را می توان به طور قابل توجهی افزایش داد.

جیپایه رافیت 

پایه های گرافیتی جزئی هستند که معمولاً برای پشتیبانی و گرم کردن بسترهای تک کریستالی در تجهیزات رسوب بخار شیمیایی فلزی-آلی (MOCVD) استفاده می شود. پایداری حرارتی، یکنواختی حرارتی پارامترهای عملکرد پایه گرافیتی با پوشش SiC نقش تعیین کننده ای در کیفیت رشد مواد همپایه ایفا می کند، بنابراین جزء اصلی اصلی تجهیزات MOCVD است. در فرآیند اپیتاکسیال کاربید سیلیکون، ویفر بر روی یک دیسک گرافیتی که دارای نوع سطلی، نوع پنکیک و دیسک گرافیت تک ویفری است حمل می شود. دیسک گرافیت به طور کلی با SiC پوشانده می شود که به طور محکم به قطعات گرافیتی چسبانده می شود و طول عمر قطعات گرافیتی را افزایش می دهد و ساختار سطحی با خلوص بالا را برای تولید مواد نیمه هادی به دست می آورد. همچنین پوشش TaC وجود دارد، گرافیت با پوشش TaC در مقایسه با محصولات گرافیت با پوشش SiC، مقاومت حرارتی بهتری دارد.

قطعات گرافیت برای کاشت یون

کاشت یون یک فناوری برای تسریع پرتو یونی مانند بور، فسفر و آرسنیک به یک انرژی خاص و سپس تزریق آن به سطح مواد ویفر برای تغییر خواص مواد سطحی است. مواد تشکیل دهنده اجزای دستگاه کاشت یون باید دارای مواد با خلوص بالا با مقاومت حرارتی عالی، هدایت حرارتی، خوردگی کمتر ناشی از پرتو یونی و محتوای ناخالصی کم باشد. گرافیت با خلوص بالا الزامات کاربرد را برآورده می کند و می تواند در لوله های پرواز تجهیزات کاشت یون، شکاف های مختلف، الکترودها، پوشش های الکترود، کاتترها، پایان دهنده های پرتو و غیره استفاده شود. در حال حاضر، هزینه زیرلایه کاربید سیلیکون حدود 47٪ از هزینه کلی دستگاه است که نسبت هزینه مواد میدان حرارتی مانند گرافیت پوشش داده شده بالاترین است.

تا آنجایی که به پایه گرافیتی با پوشش SiC مربوط می شود، تامین کنندگان اصلی بین المللی پایه گرافیتی با پوشش SiC عبارتند از هلند Xycard، آلمان SGL، ژاپن Toyang Carbon، شرکت MEMC ایالات متحده، که اساسا بازار بین المللی را اشغال می کنند. در سنگاپور، لازم است به تدریج وضعیت بومی سازی پایه گرافیت پوشش داده شده SiC باز شود و صنعت پایه گرافیت با پوشش SiC باید این روند را تسریع بخشد.

Fountyl Technologies PTE Ltd چاک SIC با دقت بالا، چاک پین، چاک شیاردار، چاک سرامیکی متخلخل را ارائه می دهد.