Материјал на силиконска карбид епитаксика

Силиконски карбид, со хемиска формула SIC, е сложено полупроводнички материјал формиран од силни ковалентни врски помеѓу силикон (Si) и јаглерод (C) елементи. Со своите одлични физички и хемиски својства, таа игра сè поголема важна улога во многу индустриски полиња, особено во бараниот процес на производство на полупроводници.

Ⅰ. Основни физички својства на силиконски карбид (sic)

Разбирањето на физичките својства на SIC е основа за разбирање на неговата вредност на апликацијата:

1) висока цврстина:

Цврстината на Mohs на SIC е околу 9-9,5, секунда само на дијамант. Ова значи дека има одлична отпорност на абење и гребење.

Вредност на примена: Во обработката на полупроводници, ова значи дека делови направени од SIC (како што се роботски раце, чакови, дискови за мелење) имаат подолг живот, го намалуваат генерирањето на честички предизвикани од абење и со тоа ја подобруваат чистотата и стабилноста на процесот.

2) Одлични термички својства:

● Висока термичка спроводливост: 

Топлинската спроводливост на SIC е многу поголема од онаа на традиционалните силиконски материјали и многу метали (до 300-490W/(M⋅K) на собна температура, во зависност од неговата кристална форма и чистота).

Вредност на апликацијата: Може да ја распадне топлината брзо и ефикасно. Ова е клучно за дисипацијата на топлина на полупроводничките уреди со голема моќност, што може да го спречи уредот да се прегрее и неуспехот и да ја подобри сигурноста и перформансите на уредот. Во процесна опрема, како што се грејачи или плочи за ладење, високата топлинска спроводливост обезбедува температурна униформност и брз одговор.

● Низок термички коефициент на експанзија: SIC има малку димензионална промена во широк опсег на температура.

Вредност на примена: Во процесите на полупроводници кои доживуваат драстични промени во температурата (како што е брзото термичко полнење), деловите на SIC можат да ја одржат својата форма и димензионална точност, да го намалат стресот и деформацијата предизвикана од термичката неусогласеност и да обезбедат точност на обработката и приносот на уредот.

● Одлична термичка стабилност: SIC може да ја задржи својата структура и стабилност на перформансите на високи температури и може да издржи температури до 1600 ∘C или дури и повисоки во инертен атмосфера.

Вредност на апликација: Погодно за околини со висока температура на процеси, како што се епитаксичен раст, оксидација, дифузија, итн., И не е лесно да се распаѓа или да реагира со други супстанции.

● Добра отпорност на термички шок: Може да издржи брзи промени во температурата без пукање или оштетување.

Вредност на апликацијата: компонентите на SIC се потрајни во процесите на чекори за кои е потребен брз пораст на температурата и паѓање.

3） Супериорни електрични својства (особено за уреди за полупроводници):

● Широк опсег: опсегот на SIC е околу три пати повеќе од оној на силикон (SI) (на пример, 4H-SIC е околу 3.26EV и Si е околу 1,12EV).

Вредност на апликацијата:

Висока работна температура: Широкиот опсег ја прави вродената концентрација на носачот на SIC уредите сè уште многу ниска на високи температури, така што може да работи на температури многу повисоки од силиконските уреди (до 300∘C или повеќе).

Електрично поле со висок дефект: Јачината на електричното поле на SIC е скоро 10 пати поголема од силиконот. Ова значи дека на исто ниво на отпорност на напон, SIC уредите можат да се направат потенки, а отпорот на лебдат регионот е помал, а со тоа да се намалат загубите на спроводливоста.

Силна отпорност на зрачење: Широкиот опсег исто така го прави да има подобра отпорност на зрачење и е погоден за специјални средини како што е воздушната.

● Висока брзина на наноси на електронски заситеност: Брзината на наносот на заситеност на електронот на SIC е двојно поголема од силиконот.

Вредност на апликацијата: Ова им овозможува на SIC уредите да работат со повисоки фреквенции на префрлување, што е корисно за намалување на обемот и тежината на пасивните компоненти, како што се индукторите и кондензаторите во системот и подобрување на густината на системот.

4） Одлична хемиска стабилност:

SIC има силна отпорност на корозија и не реагира со повеќето киселини, бази или стопени соли на собна температура. Реагира со одредени силни оксиданти или стопени основи само на високи температури.

Вредност на примена: Во процесите што вклучуваат корозивни хемикалии, како што се влажното гравирање и чистење на полупроводникот, компонентите на SIC (како што се чамци, цевки и млазници) имаат подолг животен век и помал ризик од загадување. Во суви процеси како што е гравирање на плазма, неговата толеранција кон плазмата е исто така подобра од многу традиционални материјали.

5Висока чистота (висока чистота може да се постигне):

SIC материјалите со висока чистота можат да бидат подготвени со методи како што е таложење на хемиска пареа (CVD).

Вредност на корисникот: Во производството на полупроводници, материјалната чистота е клучна, и сите нечистотии можат да влијаат на перформансите на уредот и приносот. Компонентите со висока чистота SIC ја минимизираат загадувањето на силиконските нафора или околните околини.

Ⅱ. Примена на силиконски карбид (SIC) како епитаксијален подлога

SIC единечни кристални нафора се клучни материјали за подлога за производство на високо-перформанси SIC уреди за напојување (како што се MOSFET, JFET, SBD) и уреди за RF/Power Galium nitride (GAN).

Специфични сценарија за апликации и употреба:

1) Sic-on-Sic Epitaxy:

УПОТРЕБА: На единечна кристална подлога со висока чистота SIC, SIC епитаксијален слој со специфично допинг и дебелина се одгледува со хемиска епитаксика на пареата (CVD) за конструирање на активната област на SIC Power уреди.

Вредност на апликација: Одличната термичка спроводливост на SIC подлогата му помага на уредот да ја расипе топлината, а широките карактеристики на опсегот му овозможуваат на уредот да издржи високо напон, висока температура и работа со висока фреквенција. Ова ги прави SIC -уредите за напојување добро во нови енергетски возила (електрична контрола, купови за полнење), фотоволтаични инвертори, индустриски моторни погони, паметни мрежи и други полиња, значително подобрување на ефикасноста на системот и намалување на големината и тежината на опремата.

2) епитаксија на Ган-он-Сик:

УПОТРЕБА: СИК подлоги се идеални за одгледување висококвалитетни епитаксични слоеви на ГАН (особено за уреди со висока фреквенција, со голема моќност, како што се ХЕМТ), како резултат на нивната добра решетка што одговара на ГАН (во споредба со сафир и силикон) и екстремно висока термичка спроводливост.

Вредност на апликацијата: SIC подлоги можат ефикасно да спроведат голема количина на топлина генерирана од уредите GAN за време на работењето за да се обезбеди сигурност и перформанси на уредите. Ова ги прави уредите GAN-ON-SIC да имаат незаменливи предности во 5G комуникациските бази, радарски системи, електронски контрамерки и други полиња.

Ⅲ. Примена на силиконски карбид (sic) како облога

Обложувањата на SIC обично се депонираат на површината на подлоги како што се графит, керамика или метали со метод на CVD за да им се даде на подлогата SIC одлични својства.

Специфични сценарија за апликации и употреба:

1) Компоненти на опрема за гравирање на плазма:

Примери на компоненти: глави за туширање, комори, површини на ЕСС, прстени во фокус, прозорци за еч.

Употреба: Во плазма околина, овие компоненти се бомбардирани од високо-енергетски јони и корозивни гасови. SIC обложувањата ги штитат овие критични компоненти од оштетување со нивната висока цврстина, висока хемиска стабилност и отпорност на ерозија на плазмата.

Вредност на примената: Продолжете го животот на компонентите, намалете ги честичките генерирани од ерозијата на компонентите, ја подобруваат стабилноста на процесот и повторливоста, намалете ги трошоците за одржување и прекинување на одржувањето и обезбедете ја чистотата на обработката на нафта.

2) Компоненти на опрема за епитаксијален раст:

Примери на компоненти: Подложни лица/носачи на нафта, елементи на грејачот.

УПОТРЕБА: Во високо-температура, високо-чистота околини за раст на епитаксија, SIC облоги (обично SIC со висока чистота) можат да обезбедат одлична стабилност на висока температура и хемиска инерција за да се спречи реакција со процесни гасови или ослободување на нечистотии.

Вредност на апликацијата: Обезбедете го квалитетот и чистотата на епитаксијалниот слој, да ја подобрите температурната униформност и точноста на контролата.

3) Други компоненти на опрема за процесирање:

Примери за компоненти: графитни дискови на опрема MOCVD, SIC обложени чамци (чамци за дифузија/оксидација).

Употреба: Обезбедете површини отпорни на корозија, високо-температура, високо-чистота.

Вредност на апликацијата: Подобрете ја сигурноста на процесот и животот на компонентите.

Ⅳ. Примена на силиконски карбид (SIC) како други специфични компоненти на производи (други специфични компоненти на производи)

Покрај тоа што е подлога и облога, самиот SIC е исто така директно обработен во различни прецизни компоненти заради неговите одлични сеопфатни перформанси.

Специфични сценарија за апликации и употреба:

1) Компоненти за ракување и пренесување на нафта:

Примери на компоненти: Ефекти на роботски крајни ефектори, вакуумски чакови, рабни костец, иглички за лифт.

УПОТРЕБА: Овие компоненти бараат висока ригидност, голема отпорност на абење, ниска термичка експанзија и висока чистота за да се обезбеди дека не се создаваат честички, нема гребнатини на нафта и нема деформација како резултат на температурните промени при транспорт на нафора со голема брзина и голема прецизност.

Вредност на апликација: Подобрете ја веродостојноста и чистотата на преносот на нафта, намалете го оштетувањето на нафтата и обезбедете стабилна работа на автоматски производствени линии.

2) Структурни делови на опрема за процеси на висока температура:

Примери на компоненти: цевки за печки за дифузија/оксидација, чамци/конзоли, цевки за заштита на термопар, млазници.

Примена: Користете ја јачината на високата температура на Sic, отпорноста на термичката шок, хемиската инертност и ниските карактеристики на загадувањето.

Вредност на примена: Обезбедете стабилна процесна околина во оксидација на висока температура, дифузија, полнење и други процеси, продолжете со траењето на опремата и намалете го одржувањето.

3) Прецизни керамички компоненти:

Примери за компоненти: Лежишта, заптивки, упатства, плочи за лапирање.

Примена: Користете висока цврстина на SIC, отпорност на абење, отпорност на корозија и димензионална стабилност.

Вредност на апликација: Одлични перформанси во некои механички компоненти за кои е потребна голема прецизност, долг живот и отпорност на груби околини, како што се некои компоненти што се користат во опремата CMP (хемиско механичко полирање).

4) Оптички компоненти:

Примери за компоненти: Огледала за УВ/Х-зраци оптика, оптички прозорци.

Употреби: Високата цврстина на Sic, ниската термичка експанзија, високата термичка спроводливост и полирањето го прават идеален материјал за производство на големи огледала со висока стабилност (особено во вселенските телескопи или изворите на зрачење на синхротронот).

Вредност на апликацијата: Овозможува одлични оптички перформанси и димензионална стабилност во екстремни услови.