الدور الحاسم وحالات التطبيق لمستقبلات الجرافيت المطلية بـ SiC في تصنيع أشباه الموصلات

Semicera أشباه الموصلات تخطط لزيادة إنتاج المكونات الأساسية لمعدات تصنيع أشباه الموصلات على مستوى العالم. بحلول عام 2027، نهدف إلى إنشاء مصنع جديد بمساحة 20,000 متر مربع باستثمارات إجمالية قدرها 70 مليون دولار أمريكي. أحد مكوناتنا الأساسية،حاملة رقاقة كربيد السيليكون (SiC).، المعروف أيضًا باسم المتقبل، شهد تطورات كبيرة. إذًا، ما هو بالضبط هذا الدرج الذي يحمل الرقائق؟

في عملية تصنيع الرقاقات، يتم بناء الطبقات الفوقية على ركائز معينة من الرقاقات لإنشاء الأجهزة. على سبيل المثال، يتم تحضير الطبقات الفوقية GaAs على ركائز السيليكون لأجهزة LED، ويتم زراعة الطبقات الفوقية SiC على ركائز SiC موصلة لتطبيقات الطاقة مثل SBDs وMOSFETs، ويتم إنشاء الطبقات الفوقية GaN على ركائز SiC شبه عازلة لتطبيقات الترددات اللاسلكية مثل HEMTs . وتعتمد هذه العملية بشكل كبير علىترسيب البخار الكيميائي (CVD)معدات.

في معدات الأمراض القلبية الوعائية، لا يمكن وضع الركائز مباشرة على المعدن أو على قاعدة بسيطة للترسيب الفوقي بسبب عوامل مختلفة مثل تدفق الغاز (أفقي، عمودي)، ودرجة الحرارة، والضغط، والاستقرار، والتلوث. لذلك، يتم استخدام مُستقبل لوضع الركيزة، مما يتيح الترسيب الفوقي باستخدام تقنية الأمراض القلبية الوعائية. هذا المعترض هومستقبِل الجرافيت المطلي بـ SiC.

مستقبلات الجرافيت المغلفة بـ SiC تُستخدم عادةً في معدات ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD) لدعم وتسخين الركائز أحادية البلورة. الاستقرار الحراري والتوحيد مستقبلات الجرافيت المغلفة بـ SiCتعتبر ضرورية لجودة نمو المواد الفوقي، مما يجعلها مكونًا أساسيًا لمعدات MOCVD (شركات معدات MOCVD الرائدة مثل Veeco وAixtron). حاليًا، تُستخدم تقنية MOCVD على نطاق واسع في النمو الفوقي لأفلام GaN لمصابيح LED الزرقاء نظرًا لبساطتها ومعدل نموها الذي يمكن التحكم فيه ونقائها العالي. كجزء أساسي من مفاعل MOCVD،مُستقبل للنمو الفوقي لفيلم GaNيجب أن تتمتع بمقاومة درجات الحرارة العالية، والتوصيل الحراري الموحد، والاستقرار الكيميائي، ومقاومة قوية للصدمات الحرارية. يلبي الجرافيت هذه المتطلبات بشكل مثالي.

كمكون أساسي لمعدات MOCVD، يدعم مستقبل الجرافيت ويسخن الركائز أحادية البلورة، مما يؤثر بشكل مباشر على توحيد ونقاء مواد الفيلم. تؤثر جودتها بشكل مباشر على تحضير الرقائق الفوقي. ومع ذلك، مع زيادة الاستخدام وظروف العمل المتغيرة، يتم تآكل مستقبلات الجرافيت بسهولة وتعتبر مواد استهلاكية.

مستقبلات MOCVDيجب أن يكون لها خصائص طلاء معينة لتلبية المتطلبات التالية:

• -تغطية جيدة:يجب أن يغطي الطلاء ممتص الجرافيت بالكامل بكثافة عالية لمنع التآكل في بيئة الغاز المسببة للتآكل.
• -قوة الترابط العالية:يجب أن يرتبط الطلاء بقوة بمستقبل الجرافيت، ويتحمل دورات متعددة من درجات الحرارة العالية والمنخفضة دون أن يتقشر.
• - الاستقرار الكيميائي:يجب أن يكون الطلاء مستقرًا كيميائيًا لتجنب الفشل في درجات الحرارة المرتفعة والأجواء المسببة للتآكل.

SiC، بمقاومته للتآكل، والموصلية الحرارية العالية، ومقاومة الصدمات الحرارية، والاستقرار الكيميائي العالي، يعمل بشكل جيد في البيئة الفوقي GaN. بالإضافة إلى ذلك، فإن معامل التمدد الحراري لـ SiC يشبه الجرافيت، مما يجعل SiC المادة المفضلة لطلاءات مستقبلات الجرافيت.

حاليًا، تتضمن الأنواع الشائعة من SiC 3C، و4H، و6H، وكل منها مناسب لتطبيقات مختلفة. على سبيل المثال، يمكن لـ 4H-SiC إنتاج أجهزة عالية الطاقة، و6H-SiC مستقر ويستخدم للأجهزة الإلكترونية الضوئية، في حين أن 3C-SiC يشبه في هيكله GaN، مما يجعله مناسبًا لإنتاج الطبقة الفوقية GaN وأجهزة SiC-GaN RF. يتم استخدام 3C-SiC، المعروف أيضًا باسم β-SiC، بشكل أساسي كفيلم ومواد طلاء، مما يجعله مادة أولية للطلاء.

هناك طرق مختلفة للتحضيرطلاءات كربيد السيليكون، بما في ذلك الجل، والتضمين، والتنظيف بالفرشاة، ورش البلازما، وتفاعل البخار الكيميائي (CVR)، وترسيب البخار الكيميائي (CVD).

من بين هذه الطرق، طريقة التضمين هي عملية تلبيد المرحلة الصلبة ذات درجة الحرارة العالية. من خلال وضع ركيزة الجرافيت في مسحوق تضمين يحتوي على مسحوق Si وC وتلبيدها في بيئة غاز خامل، يتم تشكيل طلاء SiC على ركيزة الجرافيت. هذه الطريقة بسيطة، ويرتبط الطلاء جيدًا بالركيزة. ومع ذلك، فإن الطلاء يفتقر إلى تجانس السمك وقد يكون به مسام، مما يؤدي إلى ضعف مقاومة الأكسدة.

طريقة طلاء الرش

تتضمن طريقة الطلاء بالرش رش المواد الخام السائلة على سطح ركيزة الجرافيت ومعالجتها عند درجة حرارة محددة لتشكيل طلاء. هذه الطريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة ولكنها تؤدي إلى ضعف الترابط بين الطلاء والركيزة، وضعف تجانس الطلاء، وطلاءات رقيقة ذات مقاومة منخفضة للأكسدة، مما يتطلب طرقًا مساعدة.

طريقة الرش بالشعاع الأيوني

يستخدم الرش بالشعاع الأيوني مسدس الشعاع الأيوني لرش المواد المنصهرة أو المنصهرة جزئيًا على سطح الركيزة الجرافيت، مما يشكل طبقة عند التصلب. هذه الطريقة بسيطة وتنتج طلاءات SiC كثيفة. ومع ذلك، فإن الطلاءات الرقيقة لديها مقاومة أكسدة ضعيفة، وغالبًا ما تستخدم للطلاءات المركبة SiC لتحسين الجودة.

طريقة سول جل

تتضمن طريقة sol-gel إعداد محلول sol موحد وشفاف، يغطي سطح الركيزة، ويحصل على الطلاء بعد التجفيف والتلبيد. هذه الطريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة ولكنها تؤدي إلى طلاءات ذات مقاومة منخفضة للصدمات الحرارية وقابلية للتشقق، مما يحد من تطبيقها على نطاق واسع.

تفاعل البخار الكيميائي (CVR)

يستخدم CVR مسحوق Si وSiO2 في درجات حرارة عالية لتوليد بخار SiO، الذي يتفاعل مع ركيزة مادة الكربون لتشكيل طلاء SiC. يرتبط طلاء SiC الناتج بإحكام مع الركيزة، لكن العملية تتطلب درجات حرارة وتكاليف عالية للتفاعل.

ترسيب البخار الكيميائي (CVD)

CVD هي التقنية الأساسية لإعداد طلاءات SiC. وهو يتضمن تفاعلات الطور الغازي على سطح ركيزة الجرافيت، حيث تخضع المواد الخام لتفاعلات فيزيائية وكيميائية، وتترسب كطلاء من كربيد السيليكون. تنتج CVD طبقات SiC مرتبطة بإحكام والتي تعمل على تعزيز مقاومة الركيزة للأكسدة والاستئصال. ومع ذلك، فإن أمراض القلب والأوعية الدموية لها أوقات ترسيب طويلة وقد تنطوي على غازات سامة.

حالة السوق

في سوق مستقبلات الجرافيت المطلية بـ SiC، يتمتع المصنعون الأجانب بريادة كبيرة وحصة سوقية عالية. لقد تغلبت شركة Semicera على التقنيات الأساسية لتحقيق نمو موحد لطلاء SiC على ركائز الجرافيت، مما يوفر حلولًا تتناول التوصيل الحراري، ومعامل المرونة، والصلابة، وعيوب الشبكة، ومشكلات الجودة الأخرى، مما يلبي متطلبات معدات MOCVD بالكامل.

النظرة المستقبلية

تتطور صناعة أشباه الموصلات في الصين بسرعة، مع زيادة توطين المعدات الفوقي MOCVD وتوسيع التطبيقات. من المتوقع أن ينمو سوق مستقبلات الجرافيت المطلية بـ SiC بسرعة.

خاتمة

باعتباره عنصرًا حاسمًا في معدات أشباه الموصلات المركبة، فإن إتقان تكنولوجيا الإنتاج الأساسية وتوطين مستقبلات الجرافيت المطلية بـ SiC يعد أمرًا ذا أهمية استراتيجية لصناعة أشباه الموصلات في الصين. يزدهر مجال مستقبلات الجرافيت المطلي بـ SiC المحلي، مع وصول جودة المنتج إلى المستويات الدولية.نصفيةتسعى جاهدة لتصبح المورد الرئيسي في هذا المجال.