1. למה יש אציפוי סיליקון קרביד
השכבה האפיטקסיאלית היא סרט דק גבישי יחיד שגדל על בסיס הפרוסה בתהליך האפיטקסיאלי. רקיקת המצע והסרט הדק האפיטקסיאלי נקראים ביחד פרוסות אפיטקסיאליות. ביניהם, הסיליקון קרביד אפיטקסיאליהשכבה גדלה על מצע הסיליקון קרביד המוליך כדי להשיג פרוס אפיטקסיאלי הומוגני של סיליקון קרביד, שניתן להפוך אותו למכשירי כוח כגון דיודות Schottky, MOSFETs ו-IGBTs. ביניהם, הנפוץ ביותר הוא מצע 4H-SiC.
מכיוון שכל המכשירים ממומשים בעצם על אפיטקסיה, האיכות שלאפיטקסיהיש השפעה רבה על ביצועי המכשיר, אך איכות האפיטקסיה מושפעת מעיבוד גבישים ומצעים. הוא נמצא בחוליה האמצעית של תעשייה וממלא תפקיד קריטי מאוד בפיתוח התעשייה.
השיטות העיקריות להכנת שכבות אפיטקסיאליות של סיליקון קרביד הן: שיטת גידול אידוי; אפיטקסיית פאזה נוזלית (LPE); אפיטקסיית קרן מולקולרית (MBE); שקיעת אדים כימית (CVD).
ביניהם, שקיעת אדים כימית (CVD) היא השיטה ההומיאפיטקסיאלית הפופולרית ביותר 4H-SiC. אפיטקסיית 4-H-SiC-CVD משתמשת בדרך כלל בציוד CVD, שיכול להבטיח את המשך השכבה האפיתקסיאלית 4H קריסטל SiC בתנאי טמפרטורת צמיחה גבוהה.
בציוד CVD, לא ניתן להניח את המצע ישירות על המתכת או פשוט להניח אותו על בסיס לצורך שקיעה אפיטקסיאלית, מכיוון שהוא מערב גורמים שונים כמו כיוון זרימת הגז (אופקי, אנכי), טמפרטורה, לחץ, קיבוע ונפילת מזהמים. לכן, יש צורך בבסיס, ולאחר מכן מניחים את המצע על הדיסק, ולאחר מכן מבוצעת שקיעה אפיטקסיאלית על המצע באמצעות טכנולוגיית CVD. בסיס זה הוא בסיס גרפיט מצופה SiC.
כמרכיב ליבה, לבסיס הגרפיט יש מאפיינים של חוזק ספציפי ומודול ספציפי גבוה, עמידות טובה בפני זעזועים תרמיים ועמידות בפני קורוזיה, אך במהלך תהליך הייצור, הגרפיט ייסגר ויתאבק עקב שאריות של גזים קורוזיביים ומתכת אורגנית. חומר, וחיי השירות של בסיס הגרפיט יצטמצמו מאוד.
במקביל, אבקת הגרפיט שנפלה תזהם את השבב. בתהליך הייצור של פרוסות אפיטקסיות סיליקון קרביד, קשה לעמוד בדרישות המחמירות יותר ויותר של אנשים לשימוש בחומרי גרפיט, מה שמגביל ברצינות את הפיתוח והיישום המעשי שלו. לכן, טכנולוגיית הציפוי החלה לעלות.
2. יתרונות שלציפוי SiC
לתכונות הפיזיקליות והכימיות של הציפוי יש דרישות מחמירות לעמידות בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה, המשפיעות ישירות על התפוקה וחיי המוצר. לחומר SiC חוזק גבוה, קשיות גבוהה, מקדם התפשטות תרמית נמוך ומוליכות תרמית טובה. זהו חומר מבני חשוב בטמפרטורה גבוהה וחומר מוליכים למחצה בטמפרטורה גבוהה. זה מוחל על בסיס גרפיט. היתרונות שלו הם:
-SiC עמיד בפני קורוזיה ויכול לעטוף את בסיס הגרפיט במלואו, ובעל צפיפות טובה כדי למנוע נזק על ידי גז קורוזיבי.
ל-SiC מוליכות תרמית גבוהה וחוזק מליטה גבוה עם בסיס הגרפיט, מה שמבטיח שהציפוי לא קל ליפול לאחר מחזורים מרובים בטמפרטורה גבוהה ובטמפרטורה נמוכה.
-SiC בעל יציבות כימית טובה כדי למנוע כשל בציפוי בטמפרטורה גבוהה ואווירה קורוזיבית.
בנוסף, תנורים אפיטקסיאליים מחומרים שונים דורשים מגשי גרפיט עם מדדי ביצועים שונים. התאמת מקדם ההתפשטות התרמית של חומרי גרפיט דורשת התאמה לטמפרטורת הגידול של התנור האפיטקסיאלי. לדוגמה, טמפרטורת הגידול האפיטקסיאלי של סיליקון קרביד גבוהה, ונדרש מגש עם התאמה של מקדם התפשטות תרמית גבוה. מקדם ההתפשטות התרמית של SiC קרוב מאוד לזה של גרפיט, מה שהופך אותו למתאים כחומר המועדף לציפוי פני השטח של בסיס הגרפיט.
לחומרי SiC יש מגוון של צורות גביש, והנפוצים שבהם הם 3C, 4H ו-6H. לצורות גביש שונות של SiC יש שימושים שונים. לדוגמה, 4H-SiC יכול לשמש לייצור מכשירים בעלי הספק גבוה; 6H-SiC הוא היציב ביותר וניתן להשתמש בו לייצור מכשירים אופטו-אלקטרוניים; ניתן להשתמש ב-3C-SiC לייצור שכבות אפיטקסיאליות של GaN וייצור התקני RF של SiC-GaN בגלל המבנה הדומה ל-GaN. 3C-SiC מכונה גם β-SiC. שימוש חשוב ב-β-SiC הוא כסרט דק וכחומר ציפוי. לכן, β-SiC הוא כיום החומר העיקרי לציפוי.
ציפויים SiC משמשים בדרך כלל בייצור מוליכים למחצה. הם משמשים בעיקר במצעים, אפיטקסיה, דיפוזיה של חמצון, תחריט והשתלת יונים. לתכונות הפיזיקליות והכימיות של הציפוי יש דרישות מחמירות על עמידות בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה, המשפיעות ישירות על התפוקה וחיי המוצר. לכן, הכנת ציפוי SiC היא קריטית.
זמן פרסום: 24 ביוני 2024