Material av kiselkarbidpitaxi

Kiselkarbid, med den kemiska formeln SiC, är ett sammansatt halvledarmaterial som bildas av starka kovalenta bindningar mellan kisel (Si) och kol (C) element. Med sina utmärkta fysiska och kemiska egenskaper spelar det en allt viktigare roll inom många industriella områden, särskilt inom den krävande halvledarprocessen.

Ⅰ. Kärnfysiska egenskaper hos kiselkarbid (sic)

Att förstå de fysiska egenskaperna hos SIC är grunden för att förstå dess tillämpningsvärde:

1) Hög hårdhet:

Mohs-hårdheten hos SIC är cirka 9-9,5, näst efter diamant. Detta innebär att det har utmärkt slitage och repmotstånd.

Applikationsvärde: Vid halvledarbehandling betyder detta att delar av SIC (som robotarmar, chuckar, slipskivor) har en längre livslängd, minskar partikelproduktionen orsakad av slitage och därmed förbättrar processens renlighet och stabilitet.

2) Utmärkta termiska egenskaper:

● Hög värmeledningsförmåga: 

SIC: s värmeledningsförmåga är mycket högre än för traditionella kiselmaterial och många metaller (upp till 300-490W/(M⋅K) vid rumstemperatur, beroende på dess kristallform och renhet).

Applikationsvärde: Det kan sprida värme snabbt och effektivt. Detta är avgörande för värmeavledningen av högeffekt halvledarenheter, som kan förhindra att enheten överhettas och fel och förbättra enhetens tillförlitlighet och prestanda. I processutrustning, såsom värmare eller kylplattor, säkerställer hög värmeledningsförmåga temperaturens enhetlighet och snabbt svar.

● Låg värmeutvidgningskoefficient: SIC har liten dimensionell förändring över ett brett temperaturintervall.

Tillämpningsvärde: I halvledarprocesser som upplever drastiska temperaturförändringar (såsom snabb termisk glödgning) kan SIC -delar bibehålla sin form och dimensionell noggrannhet, minska stress och deformation orsakad av termisk missanpassning och säkerställa bearbetningens noggrannhet och enhetsutbyte.

● Utmärkt termisk stabilitet: SIC kan bibehålla sin struktur och prestandastabilitet vid höga temperaturer och tål temperaturer upp till 1600 ∘C eller ännu högre i en inert atmosfär.

Tillämpningsvärde: Lämplig för högtemperaturprocessmiljöer såsom epitaxiell tillväxt, oxidation, diffusion etc. och är inte lätt att sönderdelas eller reagera med andra ämnen.

● Bra termisk chockmotstånd: Kunna motstå snabba temperaturförändringar utan sprickor eller skador.

Applikationsvärde: SIC -komponenter är mer hållbara i processsteg som kräver snabb temperaturökning och fall.

3） Överlägsna elektriska egenskaper (särskilt för halvledarenheter):

● Bred bandgap: SIC: s bandgap är ungefär tre gånger den för kisel (SI) (till exempel 4H-SIC är cirka 3,26EV och SI är cirka 1,12EV).

Applikationsvärde:

Hög driftstemperatur: Den breda bandgap gör den inneboende bärarkoncentrationen av SIC -enheter fortfarande mycket låg vid höga temperaturer, så att den kan fungera vid temperaturer mycket högre än kiselanordningar (upp till 300∘C eller mer).

Electric Field med hög nedbrytning: SIC: s nedbrytning av elektriska fältstyrkor är nästan tio gånger kisel. Detta innebär att vid samma spänningsmotståndsnivå kan SIC -anordningar göras tunnare och drivregionens motstånd är mindre och därmed minskar ledningsförlusterna.

Stark strålningsmotstånd: Det breda bandgap gör också att det har bättre strålningsmotstånd och är lämplig för speciella miljöer som flyg- och rymd.

● Elektrondrifthastighet med hög mättnad: SIC: s mättnadselektrondrifthastighet är dubbelt så stor som kisel.

Applikationsvärde: Detta gör det möjligt för SIC -enheter att arbeta vid högre omkopplingsfrekvenser, vilket är fördelaktigt för att minska volymen och vikten av passiva komponenter såsom induktorer och kondensatorer i systemet och förbättra systemets effektdensitet.

4） Utmärkt kemisk stabilitet:

Sic har stark korrosionsbeständighet och reagerar inte med de flesta syror, baser eller smälta salter vid rumstemperatur. Den reagerar med vissa starka oxidanter eller smälta baser endast vid höga temperaturer.

Tillämpningsvärde: I processer som involverar frätande kemikalier såsom halvledarens våt etsning och rengöring har SIC -komponenter (såsom båtar, rör och munstycken) längre livslängd och lägre risk för kontaminering. I torra processer såsom plasma -etsning är dess tolerans mot plasma också bättre än många traditionella material.

5）Hög renhet (hög renhet möjlig):

SIC-material med hög renhet kan framställas med metoder såsom kemisk ångavsättning (CVD).

Användarvärde: Vid halvledartillverkning är materiell renhet avgörande, och eventuella föroreningar kan påverka enhetens prestanda och utbyte. SIC-komponenter med hög renhet minimerar föroreningar av kiselskivor eller processmiljöer.

Ⅱ. Applicering av kiselkarbid (SIC) som epitaxialsubstrat

SIC-enkristallskivor är viktiga underlagsmaterial för tillverkning av högpresterande SIC-kraftanordningar (såsom MOSFETS, JFETS, SBDS) och Gallium Nitride (GAN) RF/Power-enheter.

Specifika applikationsscenarier och användningar:

1) Sic-on-Sic Epitaxy:

Användning: På ett SIC-enstaka kristallsubstrat med hög renhet odlas ett SiC-epitaxialt skikt med specifik doping och tjocklek med kemisk ångpitaxi (CVD) för att konstruera det aktiva området för SIC-kraftanordningar.

Applikationsvärde: Den utmärkta värmeledningsförmågan hos SIC -substratet hjälper enheten att sprida värme, och de breda bandgapegenskaperna gör det möjligt för enheten att motstå högspänning, hög temperatur och hög frekvens drift. Detta gör att SIC -kraftanordningar fungerar bra i nya energifordon (elektrisk kontroll, laddningshögar), fotovoltaiska inverterare, industriella motordrivna, smarta rutnät och andra fält, vilket förbättrar systemeffektiviteten avsevärt och minskar utrustningens storlek och vikt.

2) GaN-on-Sic Epitaxy:

Användning: SIC-underlag är idealiska för att odla GaN-epitaxialskikt av hög kvalitet (särskilt för högfrekventa RF-enheter som HEMT) på grund av deras goda gitter som matchar GaN (jämfört med safir och kisel) och extremt hög värmeledningsförmåga.

Applikationsvärde: SIC -underlag kan effektivt utföra en stor mängd värme som genereras av GAN -enheter under drift för att säkerställa enhetens tillförlitlighet och prestanda. Detta gör att GaN-on-SIC-enheter har ersättningsbara fördelar i 5G-kommunikationsbasstationer, radarsystem, elektroniska motåtgärder och andra fält.

Ⅲ. Applicering av kiselkarbid (SIC) som beläggning

SIC -beläggningar deponeras vanligtvis på ytan av substrat såsom grafit, keramik eller metaller med CVD -metod för att ge substratet SIC utmärkta egenskaper.

Specifika applikationsscenarier och användningar:

1) Komponenter för plasma etsningsutrustning:

Exempel på komponenter: duschhuvuden, kammarefoder, ESC -ytor, fokusringar, etsningsfönster.

Användningar: I en plasmamiljö bombarderas dessa komponenter av joner med hög energi och frätande gaser. SIC -beläggningar skyddar dessa kritiska komponenter från skador med deras höga hårdhet, hög kemisk stabilitet och resistens mot plasmaerosion.

Tillämpningsvärde: Förläng komponentens livslängd, minska partiklar som genereras genom komponenterosion, förbättra processstabilitet och repeterbarhet, minska underhållskostnaderna och driftsstoppet och säkerställa renheten i skivbehandling.

2) Epitaxial tillväxtutrustningskomponenter:

Exempel på komponenter: Susceptorer/skivbärare, värmelement.

Användningar: I högtemperatur, högrenade epitaxiella tillväxtmiljöer, kan SIC-beläggningar (vanligtvis hög renhet) ge utmärkt stabilitet och kemisk inerthet för hög period för att förhindra reaktion med processgaser eller frisättning av föroreningar.

Tillämpningsvärde: Se till att det epitaxiella skiktets kvalitet och renhet kan förbättra temperaturens enhetlighet och kontrollnoggrannhet.

3) Andra processutrustningskomponenter:

Komponentexempel: Grafitskivor av MOCVD -utrustning, SIC -belagda båtar (båtar för diffusion/oxidation).

Användningar: Ge korrosionsbeständiga, högtemperaturbeständiga ytor med hög renhet.

Tillämpningsvärde: Förbättra processens tillförlitlighet och komponentliv.

Ⅳ. Applicering av kiselkarbid (SIC) som andra specifika produktkomponenter (andra specifika produktkomponenter)

Förutom att vara ett underlag och beläggning behandlas SIC själv också direkt till olika precisionskomponenter på grund av dess utmärkta omfattande prestanda.

Specifika applikationsscenarier och användningar:

1) Skivhantering och överföringskomponenter:

Exempel på komponenter: Robotändeffektorer, vakuumchuckar, kantgrepp, lyftstift.

Användning: Dessa komponenter kräver hög styvhet, hög slitstyrka, låg värmeutvidgning och hög renhet för att säkerställa att inga partiklar genereras, inga skivskrapor och ingen deformation på grund av temperaturförändringar vid transport av skivor med hög hastighet och hög precision.

Tillämpningsvärde: Förbättra tillförlitligheten och renheten i skivöverföringen, minska skivskador och säkerställa en stabil drift av automatiserade produktionslinjer.

2) Högtemperatur Processutrustning Strukturella delar:

Exempel på komponenter: ugnsrör för diffusion/oxidation, båtar/cantilevers, termoelementskyddsrör, munstycken.

Tillämpning: Använd SIC: s höga temperaturstyrka, termisk chockmotstånd, kemisk inerthet och låga föroreningsegenskaper.

Applikationsvärde: Ge en stabil processmiljö i hög temperaturoxidation, diffusion, glödgning och andra processer, förlänga livslängden och minska underhållet.

3) Precision keramiska komponenter:

Komponentexempel: lager, tätningar, guider, lappplattor.

Tillämpning: Använd SIC: s höga hårdhet, slitmotstånd, korrosionsmotstånd och dimensionell stabilitet.

Tillämpningsvärde: Utmärkt prestanda i vissa mekaniska komponenter som kräver hög precision, lång livslängd och motstånd mot hårda miljöer, till exempel vissa komponenter som används i CMP (kemisk mekanisk polering) utrustning.

4) Optiska komponenter:

Komponentexempel: Speglar för UV/röntgenoptik, optiska fönster.

Användningar: SIC: s höga styvhet, låg värmeutvidgning, hög värmeledningsförmåga och polermedel gör det till ett idealiskt material för att tillverka storskaliga speglar med hög stabilitet (särskilt i rymdteleskop eller synkrotronstrålningskällor).

Applikationsvärde: Ger utmärkt optisk prestanda och dimensionell stabilitet under extrema förhållanden.