Grafite ad elevata purezza: un materiale di consumo chiave nel campo dei semiconduttori di terza generazione

Con la graduale produzione in serie di substrati conduttivi SiC, vengono imposti requisiti più elevati per la stabilità e la ripetibilità del processo. Nel periodo successivo, dobbiamo affrontare la sfida di "crescere velocemente, ingrossarsi e crescere", oltre al miglioramento della teoria e dell'ingegneria, abbiamo anche bisogno di materiali di campo termico più avanzati come supporto. La grafite ad elevata purezza ha resistenza alle alte temperature, buona conduttività elettrica e stabilità chimica ed è diventata un materiale chiave nel campo dei semiconduttori.

La grafite ad elevata purezza supporta il campo

Allo stato attuale, la crescita commerciale tradizionale del monocristallo di carburo di silicio utilizza il metodo PVT. Questo metodo utilizza una bobina di induzione per riscaldare e l'elemento riscaldante in grafite ad alta densità verrà riscaldato sotto l'azione delle correnti parassite. La polvere di carburo di silicio (SiC) viene riempita con il fondo del crogiolo di grafite, il cristallo seme di carburo di silicio (SiC) è legato all'interno del coperchio del crogiolo di grafite che ha una certa distanza dalla superficie della materia prima, quindi il crogiolo di grafite come il tutto viene posizionato nel corpo riscaldante in grafite e la materia prima in carburo di silicio (SiC) viene posizionata nella zona ad alta temperatura regolando la temperatura del feltro di grafite esterno. Il cristallo seme di carburo di silicio (SiC) si trova corrispondentemente nella regione a bassa temperatura.

In questo processo, l'area composta dal crogiolo e dal materiale isolante circostante è l'area più importante per la crescita dei singoli cristalli di SiC, chiamata area del campo caldo. Allo stato attuale, il forno internazionale per la crescita di cristalli singoli SiC adotta una tecnologia di riscaldamento a frequenza intermedia, caratterizzata dal fatto che la camera di crescita dei cristalli può raggiungere temperature molto elevate (fino a 3000 ° C), in questo scenario ad alta temperatura, la grafite e i prodotti correlati possono resistere temperature così elevate e non reagisce con il sublimato di SiC a temperature così elevate. Pertanto, il crogiolo e i materiali isolanti utilizzati per la coltivazione del SiC richiedono l’uso di grafite di elevata purezza e materiali a base di carbonio. L'elevata purezza è un requisito fondamentale della grafite semiconduttrice, soprattutto nel processo di crescita dei cristalli, le impurità nella grafite sono un fattore determinante della qualità dei cristalli, il contenuto di impurità deve essere mantenuto al di sotto di 5 parti per milione.

Difetti di grafite porosa

La crescita dei cristalli SiC è difficile, il lungo ciclo di ricerca e sviluppo, gli elevati costi di ricerca e sviluppo, come ridurre i costi di ricerca e sviluppo, accelerare i progressi nella ricerca e sviluppo, migliorare la qualità dei cristalli è diventato un problema per lo sviluppo del settore. Negli ultimi anni, l’introduzione della grafite porosa (PG) ha effettivamente migliorato la qualità della crescita dei cristalli e l’aggiunta di piastre di grafite porosa nel forno per la crescita dei cristalli SiC è uno dei punti caldi della ricerca industriale.

(UN)Fornace tradizionale per cristalli lunghi,(B)Forno di cristallo lungo di lastra di grafite porosa

L'Università di Dongui della Corea del Sud ha menzionato nel saggio che inserendo una piastra di grafite porosa sopra la polvere di SiC, si ottiene un buon trasferimento di massa dell'area cristallina, che può migliorare una varietà di problemi tecnici esistenti nella tradizionale fornace per cristalli lunghi. Lo studio ha rilevato che l'applicazione del PG ha contribuito a ridurre il numero di microtubuli e altri difetti. Inoltre, la grafite porosa è anche una delle tecnologie principali per risolvere la lunghezza e lo spessore dei cristalli SiC, poiché può bilanciare i componenti della fase gassosa, Isolamento di tracce di impurità, regolare la temperatura locale, ridurre l'imballaggio di carbonio e altre particelle fisiche, con la premessa di soddisfare la disponibilità dei cristalli, lo spessore dei cristalli può essere aumentato in modo significativo.

Gbase in rafite 

Le basi di grafite sono un componente comunemente utilizzato per supportare e riscaldare substrati monocristallini in apparecchiature MOCVD (deposizione chimica in fase vapore metallo-organica). La stabilità termica e l'uniformità termica dei parametri prestazionali della base in grafite rivestita in SiC svolgono un ruolo decisivo nella qualità della crescita del materiale epitassiale, quindi è il componente chiave principale dell'attrezzatura MOCVD. Nel processo epitassiale del carburo di silicio, il wafer viene portato su un disco di grafite, che ha un tipo a secchiello, un tipo a pancake e un disco di grafite a wafer singolo. Il disco di grafite è generalmente rivestito con SiC, che è strettamente legato alle parti di grafite, prolungando la durata delle parti di grafite e ottenendo la struttura superficiale di elevata purezza richiesta per la produzione di materiali semiconduttori. C'è anche un rivestimento TaC, la grafite rivestita in TaC rispetto ai prodotti in grafite rivestita in SiC, ha una migliore resistenza al calore.

Parti in grafite per l'impianto ionico

L'impianto ionico è una tecnologia per accelerare il fascio ionico come boro, fosforo e arsenico a una certa energia, quindi iniettarlo nella superficie del materiale del wafer per modificare le proprietà del materiale di superficie. I materiali che compongono i componenti del dispositivo di impiantazione ionica devono avere materiali di elevata purezza con eccellente resistenza al calore, conduttività termica, minore corrosione causata dal fascio ionico e basso contenuto di impurità. La grafite ad elevata purezza soddisfa i requisiti applicativi e può essere utilizzata nei tubi di volo di apparecchiature per l'impianto di ioni, varie fessure, elettrodi, coperture per elettrodi, cateteri, terminatori di fascio... ecc. Attualmente, il costo del substrato in carburo di silicio è pari a circa il 47% del costo complessivo del dispositivo, di cui il rapporto costo dei materiali per campo termico come la grafite rivestita è il più alto.

Per quanto riguarda la base in grafite rivestita in SiC, i principali fornitori internazionali di base in grafite rivestita in SiC sono l'olandese Xycard, la Germania SGL, la giapponese Toyang Carbon e la società statunitense MEMC, che occupano sostanzialmente il mercato internazionale. A Singapore, è necessario aprire gradualmente la situazione della localizzazione della base di grafite rivestita di SiC e l'industria della base di grafite rivestita di SiC deve accelerare il processo.

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