Што е полумесечина во комора за реакција на LPE?

Во системите за епитаксии со силикон карбид (SiC), многу клучни компоненти на реакторот остануваат непознати надвор од индустријата за производство на полупроводници. Една од овие компоненти е „Halfmoon“, структурен дел базиран на графит кој вообичаено се користи во коморите за реакција на LPE.

Иако Halfmoon не е самиот носител на нафора, тој игра важна улога во одржувањето на стабилноста на реакторот за време на процесите на епитаксијален раст на висока температура. Како што производството на полупроводници SiC се движи кон поголеми обланди и построга контрола на процесот, дизајнот и перформансите на материјалите на компонентите на внатрешниот реактор стануваат сè поважни.

Разбирање на комората за реакција на LPE

LPE (Liquid Phase Epitaxy) е техника на раст на кристали што се користи во производството на полупроводници. Во системите за епитаксии на SiC, комората за реакција работи под исклучително тешки услови кои вклучуваат:

• Високи температури
• Реактивни процесни гасови
• Долги термички циклуси
• Строга контрола на контаминација
• Барања за стабилен проток на гас

Современите SiC епитаксии системи, како што се LPE реакторите, во голема мера се потпираат на стабилни структури на топлинско поле и управување со протокот на гас во реакционата комора. Дури и малите варијации во распределбата на температурата или униформноста на протокот на гас може директно да влијаат на квалитетот на епитаксиалниот слој и конзистентноста на обландата.

Реактор за епитаксии LPE PE1O6 SiC, хоризонтален систем со топли ѕидови што се користи за напреден раст на нафора за SiC.

Внатре во комората, повеќе компоненти базирани на графит работат заедно за да создадат контролирана топлинска и хемиска средина за епитаксијален раст. Полумесечината е една од овие потпорни структурни компоненти.

Зошто се нарекува „Полумесечина“?

Делот го добил името главно поради неговата форма. Во многу LPE реактори, компонентата изгледа слично на структура со половина круг или полумесечина кога е инсталирана околу областа на топла зона.

Различни производители на опрема користат малку различни дизајни. Некои делови на Halfmoon се подебели, некои вклучуваат дополнителни структури за поддршка, а некои се директно поврзани со ротирачки склопови во внатрешноста на комората.

Во реалните системи на реактори, геометријата обично се оптимизира заедно со термичкото поле и распоредот на комората наместо да следи еден универзален стандард.

Функции на компонентата полумесечина

Иако дизајните на реакторите се разликуваат, компонентите на Halfmoon најчесто придонесуваат за неколку важни функции.

1. Поддршка на реакторски структури

Во внатрешноста на епитаксичниот реактор, многу графитни делови постојано се шират и се собираат за време на циклусите на загревање. Поради ова, механичката стабилност на внатрешните потпорни компоненти станува важна во текот на долгите производни патеки.

Во некои дизајни на реактори, полумесечината помага да се одржи релативната позиција на структурите на комората во близина при работни услови на висока температура. Дури и малата деформација може да влијае на усогласувањето на комората или повторливоста на процесот.

2. Помош за стабилност на протокот на гас

Однесувањето на протокот на гас во реактор на SiC е покомплицирано отколку што изгледа однадвор. При висока температура, дури и релативно малите структурни промени во комората може да ги променат локалните услови на проток.

Во зависност од платформата на реакторот, Полумесечината може индиректно да влијае на тоа како процесните гасови се движат околу регионот на топла зона. Ова е една од причините зошто геометријата на внатрешната комора често внимателно се оптимизира за време на развојот на реакторот.

3. Координација на топлинско поле

Современите епитаксии бараат внимателно контролирани термички градиенти. Распоредот на графитните компоненти во внатрешноста на комората влијае на дистрибуцијата на топлина и на топлинската ефикасност.

Компонентите на полумесечината може индиректно да влијаат на:

• Рефлексија на топлина
• Термичка рамнотежа
• Локална температурна стабилност
• Изведба на термичка заштита

Ова станува сè поважно за обработка на нафора со големи димензии.

4. Поддржувачки системи за механичка ротација

Некои LPE системи користат ротирачки склопови за да ја подобрат униформноста на таложење за време на епитаксијалниот раст. Во овие конфигурации, Lower Halfmoon може да се интегрира со блиски ротирачки или потпорни структури во внатрешноста на комората.

Механичките барања можат да станат доста тешки бидејќи реакторот мора да работи континуирано и при високи температури и во хемиски реактивни услови.

Зошто графитот сè уште широко се користи во реакторските системи

Дури и денес, графитот останува еден од најпрактичните материјали за примена на полупроводнички топлински полиња. Релативно е лесен, може да се обработува во сложени облици и одржува стабилни својства на температури каде што многу метали би откажале.

За производителите на реактори, друга предност е тоа што графитот добро реагира на прецизната обработка, што е важно за компонентите инсталирани во тесни коморни простори.

Во исто време, голиот графит има и ограничувања. При долготрајна изложеност на реактивни процесни гасови и повторен термички циклус, површината може постепено да се деградира или да генерира честички. Поради ова, обложените графитни структури сега најчесто се користат во современите SiC епитаксии системи.

Улогата на CVD SiC облогата

CVD SiC (Chemical Vapor Deposition Silicon Carbide) облогата е широко користена на компонентите на графитниот реактор во SiC епитаксичните системи.

Облогата формира густ заштитен слој на површината на графитот, помагајќи да се подобри:

• Отпорност на корозија
• Чистота на површината
• Отпорност на абење
• Изведба на термички шок
• Стабилност на процесот

Графитните компоненти обложени со SiC сега најчесто се наоѓаат во:

• Сензиптори
• Носачи на нафора
• Коморни облоги
• Компоненти за проток на гас
• Полумесечини собранија

Зошто повеќе компании ги проучуваат TaC облогите

Во последниве години, облогата TaC почна да привлекува поголемо внимание во напредните апликации за термичко поле со полупроводници, особено во процесите на SiC на висока температура.

Една од причините е што некои системи за раст на кристалите од следната генерација работат под услови каде што конвенционалните материјали за обложување може да се соочат со поголем термички и хемиски стрес во текот на долгите процесни циклуси.

Во споредба со традиционалните SiC облоги, TaC генерално покажува посилна хемиска стабилност при екстремно високи температури. Поради ова, истражувачите и производителите на опрема продолжуваат да го оценуваат неговиот потенцијал за идни системи на реактори со висока температура.

Материјали за топлинска изолација околу реакторот

Покрај структурните графитни делови, материјалите за топлинска изолација исто така силно влијаат на перформансите на реакторот.

Полупроводничките системи често користат:

• Мек графитен филц
• Цврст графитен филц
• Селм од јаглеродни влакна базирани на PAN
• Јаглеродни композитни изолациски материјали

Овие материјали помагаат да се намали загубата на топлина и да се одржи стабилна дистрибуција на температурата за време на долгите циклуси на раст.

Зголемување на барањата во модерната SiC епитаксија

Како што индустријата на SiC се движи кон платформи за нафора од 200 mm, компонентите на внатрешните реактори се соочуваат со сè построги барања за термичка стабилност, прецизност на димензиите и контрола на контаминација.

Брзиот развој на електрични возила, системи за обновлива енергија и електроника за напојување со висока фреквенција ја забрзува побарувачката за наполитанки SiC.

Како што се зголемуваат големини на нафора од 4-инчни на 6-инчни и 8-инчни платформи, компонентите на реакторот мора да исполнуваат построги барања за:

• Прецизност на димензиите
• Еднообразност на облогата
• Термичка стабилност
• Контрола на чистота
• Механичка сигурност

Дури и потпорните компоненти на комората, како што се склоповите на Halfmoon, стануваат технички сè попребирливи.

Заклучок

Полумесечината може да изгледа како релативно едноставна графитна структура во комората за реакција на LPE, но придонесува за неколку важни аспекти на работата на реакторот, вклучувајќи термичка стабилност, координација на протокот на гас и механичка поддршка.

Неговата еволуција, исто така, ги одразува пошироките трендови во производството на полупроводници: повисоки температури, почисти процеси, поголеми обланди и понапредно инженерство на материјали.

Како што продолжува да се развива технологијата на епитаксијата на SiC, компонентите на реакторот и технологиите за обложување најверојатно ќе станат уште поспецијализирани и ориентирани кон перформансите.