MOCVD SiC қапталған графит сусцепторының крекинг талдауы және термиялық кернеуді оңтайландыру жағдайын зерттеу

Сурет 1,2: MOCVD радиалды сынық морфологиясыCVD SiC-қапталған графитті сенсорОрталық қадам арқылы тесіктен шыққан

I. Қорытынды және негізгі қорытындылар

Негізгі қорытынды:Эпитаксиалды пластинкалы қабылдағыштардың дизайны мен сапасы олардың қызмет ету мерзімін тікелей анықтайды, бұл эпитаксия өндірісінің құнын бөлуге және жабдықтың тоқтап қалуына терең әсер етеді. Қабылдағыштарды таңдаған кезде эпитаксиалды пластиналарды өндірушілер нақты процесс талаптарына сәйкестендірілетін, ауыстыру жиілігін барынша азайтатын және қызмет ету мерзімін ұзартатын жоғары сапалы дизайнға басымдық береді, осылайша өндіріс құнының айтарлықтай төмендеуіне және эпитаксиалды өнім сапасының тұрақты жақсаруына қол жеткізеді.

Орталық сатыдағы кернеуді буферлік аймақты қайта жобалау және арнайы термиялық кеңею коэффициенті (CTE) бар графиттік субстрат материалдарын таңдау арқылы Vetek (www.veteksemicon.com) MOCVD пластинкалы тасымалдағыштарындағы орталық сатылы тесіктен туындайтын радиалды крекингтің өнеркәсіптік мәселесін толығымен шешті.

Шетелдік 3-ші буындағы жартылай өткізгіш эпитаксиалды чип өндірушісі үлкен көлемдегі химиялық булардың тұндыруының дереу крекингіне және зақымдалуына байланысты өндірісте ауыр қиындықтарға тап болды.Кремний карбиді (CVD SiC) қапталған графитті сезгіштержоғары температурадағы MOCVD эпитаксиалды өсуі кезінде. Біздің техникалық команда негізгі себептерді анықтады: орталық сатыдағы күшті кернеу концентрациясы және графит субстратының термиялық кеңеюінің сәйкессіздігі. Құрылымдық маржаны қайта конфигурациялау (кернеу буферлік аймақтарын кеңейту, өзгермелі қадамды орналастыруды жаңарту) және графит материалын оңтайлы таңдау арқылы біз клиент үшін крекинг қаупін сәтті жойдық.

Негізгі өнімділік және метрикалық жақсартулар:

· Суцепторды бұзу жылдамдығы: >15%-дан 0%-ға дейін төмендетілді

· Орташа циклдің қызмет ету мерзімі: 300%+ ұлғайды

· Жабдықтың жоспардан тыс тұрып қалу уақыты: 95%-ға қысқарды

II. Тұтынушы туралы ақпарат және дәстүрлі ауырсыну нүктелері

1. Тұтынушы туралы ақпарат

Клиент жоғары қуатты және RF құрылғысының эпитаксиалды пластинкаларын жаппай өндіруге бағытталған бірнеше үлкен өлшемді, жоғары температуралы MOCVD/MBE өндірістік желілерін басқаратын автомобильдік деңгейдегі жетекші құрама жартылай өткізгіш чип өндірушісі болып табылады. Реакциялық камераның жұмыс температурасы жыл бойы 1000°C–1400°C дейін жетеді, жоғары жиілікті индукциялық қыздыру және қатты жылдам қыздыру/салқындату термиялық циклдарынан өтеді. Тікелей эпитаксиалды пластиналарды ұстайтын негізгі компонент ретінде үлкен өлшемдіCVD SiC қапталған графит сенсорларыжоғары температурада, жоғары кернеулі ортада экстремалды құрылымдық тұрақтылық пен жылу біркелкілігін сақтау керек.

2. Дәстүрлі тәсілдер және егжей-тегжейлі тарихи ауырсыну нүктелері

Дәстүрлі қабылдағыш конструкцияларын пайдаланған кезде, эпитаксиалды өндірушілер ұзақ уақыт бойы ауыр экономикалық және қуатты ауырсыну нүктелерінен зардап шекті:

· Жиі ауыстыру және өте қысқа қызмет ету мерзімі:Кәдімгі конструкциялар өте жоғары температура кезінде термиялық кеңею дифференциалдарын есепке алмады. Қабырғалар бірнеше ондаған циклде жарылып, кейбіреулері орнату кезінде бірден істен шықты (жарылу жылдамдығы >15%).

· Қымбат тоқтау және тазалау шығындары:Камераның ішінде қабылдағыш жарылған немесе сынған кезде, эпитаксиалды пластинаның бүкіл партиясы бөлшектердің қатты ластануымен бірге сынған. Әрбір оқиға камераны салқындату, бөлшектеу, тазалау, қайта эвакуациялау және қысым/температура сынағы 12–24 сағатты қажет етті. Жоспарланбаған тоқтаулар мен шығын материалдарынан болатын тікелей шығындар бір оқиғаға ондаған мың АҚШ долларына жетті.

· Бір вафельді өндірудің жоғары құны:Құндылығы жоғары шығын материалдары ретінде жиі ауыстыру бір вафлиге шамадан тыс сенсорлық шығындарды бөлді. Бір мезгілде тоқтап қалу өндірістік желідегі жалпы жабдық тиімділігін (OEE) төмендетіп, тұрақты үстеме шығындарды айтарлықтай арттырады.

III. Техникалық қиындықтар мен сәтсіздік механизмін талдау

Физикалық сәтсіздік морфологиясы:Сынықтар талдауы жарықшақтардың басталуы дәл орталық саңылаудың ішкі сатысында басталып, сезімтал дененің екі жағында радиалды түрде сыртқа қарай созылатынын көрсетеді.

Түбірлік себептерді зерттеу (стресс механизмі):

· Материалдың термиялық кеңеюінің сәйкессіздігі:Жоғары температуралық жұмыс жағдайында (1000°C және одан жоғары) графиттік негіз мен SiC қорғаныс жабыны арасында айтарлықтай термиялық кеңею коэффициенті (CTE) сәйкессіздік бар. Өйткені графиттің жылулық кеңею коэффициенті одан жоғарыSiC жабыны, графиттік негіз беттік SiC қабатына қарағанда қыздыру кезінде үлкен термиялық кеңею деформациясына ұшырайды. Бұл графиттік субстрат корпусының крекингіне және бұзылуына әкеліп соқтыратын айтарлықтай фазааралық жылу кернеуін тудырады.

· Стресстен құтылу аймағындағы құрылымдық ақау:Түпнұсқа дизайнда орталық сатыда классикалық механикалық кернеудің шоғырлану нүктесін құрайтын қажетті өту буферлік аймағы болмады. Кеңейту кернеуі графиттік негіздің созылу шегінен асып кеткенде, күрт қадамдық бұрышта микро жарықтар бірден басталып, сыртқа қарай жыртылды.

IV. Шешу жолдары: Біз мәселені қалай шештік

Орталық сатыдағы крекингті шешу үшін Vetek ҒЗТКЖ және инженерлік тобы жоғары температуралық жылулық кеңею коэффициентіне (CTE) негізделген кешенді техникалық түсіндіру жоспарын жасады. оңтайландыру:

V. Нәтижелер және сандық пайдалар

Қайта құрастырылған сенсорлар клиенттің өндірістік желісінде қатаң термиялық циклден және көлемді тексеруден өтті, бұл өнімділіктің керемет жақсартуларына қол жеткізді:

· Термиялық кернеулі крекингті толық жою:Оңтайландырылған сенсорлар 500-ден астам термиялық циклдар бойы үздіксіз жұмыс істеп, крекинг пен зақымдану жылдамдығын тікелей >15%-дан 0%-ға дейін төмендетеді.

· Тоқтау уақытындағы жоғалтуларды жаппай азайту:Тасымалдаушының бұзылуынан туындаған жоспардан тыс тоқтап қалу 95%-ға азайып, жалпы OEE желісін күрт арттырды.

· Қызмет мерзімін көбейту және шығындарды азайту:Қабылдағыштың орташа қызмет ету мерзімі 300%+ артты, бұл эпитаксиалды пластинаға бөлінген сенсорлық құнының айтарлықтай төмендеуіне әкелді.

VI. Vetek Өндіріс және Сапаны бақылау кепілдігі

· Тазалығы жоғары шикізатты таңдау:Жоғары тығыздықтағы изостатикалық графит субстраты (тазалығы 7N, күл мөлшері <5 ppm) CVD SiC жабынымен мінсіз CTE сәйкестігін қамтамасыз ету үшін таңдалған.

· Дәл өңдеу:5 осьті CNC дәл кесу (±0,005 мм шегінде ұсталатын рұқсаттар) пайдаланылады, бұл орталық қадам сияқты маңызды функцияларда дәл кернеуді жеңілдететін буферлік аймақтарды жасайды.

· CVD SiC тұндыру:Жоғары температурадағы CVD процестері тығыз 80–100 мкм β-SiC қабатын тұндырады, бұл жоғары термиялық біркелкі және коррозиядан қорғауды қамтамасыз етеді.

· 100% CMM толық тексеру:Жоғары дәлдіктегі координаттарды өлшеу машиналары (CMM) қалта массивтерін, орталық қадам өлшемдерін және жалпы жазықтықты автоматты түрде сканерлейді және өлшейді.

· Таза бөлмені орау және жеткізу:100-сыныптағы таза бөлмелерде тазартылған және вакуумдалған азот қаптамасында екі рет оралған, EVA соққыға төзімді қораптармен жеткізіледі.

3-сурет: Vetek Semiconductor кеңейтілген дәл өңдеу, таза бөлме және сапаны бақылау қондырғылары

VII. Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)

1-сұрақ: Негізгі себебі неде?MOCVD SiC қапталған графитті қабылдағышорталық сатыдан басталатын жарықтар?

A: Негізгі себеп - орталық сатыда кернеуді жеңілдететін буферлік аймақтың болмауы, бұл жылу кернеуін тарату үшін құрылымды қайта құруды қажет етеді.

2-сұрақ: CVD SiC жабынының өзі орталық сатыдағы крекингтің алдын ала ала ма?

A: Жоқ. SiC жабындары ең алдымен коррозияға төзімділікті, қоспалардың алдын алуды және жылу өткізгіштігін қамтамасыз етеді. Егер құрылымдық дизайн ақаулы болса, жабынның өзі субстраттың ішкі қысу және созылу кернеулеріне төтеп бере алмайды. Тек «ұтымды жобаланған кернеуді буферлеу құрылымы + жоғары сапалы CVD SiC жабыны» комбинациясы ғана крекинг мәселелерін түбегейлі шеше алады.

VIII. Қорытынды және әрекетке шақыру (CTA)

Эпитаксиалды пластинкалы қабылдағыштар қосалқы шығын материалдары болғанымен, олардың құрылымдық дизайны мен өндіріс сапасы өндіріс тиімділігіне және жалпы шығындарға маңызды әсер етеді. Дәстүрлі конструкциялар көбінесе материалдың CTE сәйкестігін және кернеу-концентрацияны жеңілдету аймақтарын елемейді, бұл жиі қабылдағыштың істен шығуына, қымбат тұрып қалуға және пластинаның сынықтары қаупіне әкеледі.

Vetek-тің құрылымдық оңтайландыруы және тазартылған жылу кернеуі инженериясы арқылы біз тұтынушыға толығымен жоюға көмектесіп қана қоймай,графитті сезгішкрекинг (крекинг жылдамдығын 0%-ға дейін төмендету), сонымен қатар тасымалдаушының қызмет ету мерзімін 300%-дан астам ұзартады. Бұл жақсарту ауыстыру жиілігін айтарлықтай қысқартты, әр пластинаның шығын материалдарын бөлу шығындарын азайтты және пластинаның эпитаксиалды өсуінің сапасына, тұрақтылығына және үздіксіздігіне кепілдік берді, бұл айтарлықтай экономикалық және қуаттылық құндылығын қамтамасыз етті.

4-сурет: Негізгі физикалық қасиеттер, SEM қалыңдығының біркелкілігі және CVD SiC жабынының ультра жоғары тазалық талдауы

Жылу кернеуін оңтайландыру шешімдері үшін бізге хабарласыңыз

MOCVD/MBE реакция камерасының графит тасымалдаушылары да жоғары температуралық термиялық кернеулі крекингке, SiC жабынының пиллингіне немесе қысқа қызмет мерзіміне қатысты мәселелерге тап болды ма?

Vetek (www.veteksemicon.com) жартылай өткізгіш CVD SiC жабыны және жоғары тазалықтағы графитті дәл өңдеу бойынша 10 жылдан астам тәжірибесі бар.

Тегін термиялық кернеуге төзімділікті бағалау және сынақ сынағы қызметін алу үшін өлшемді сызбаларыңызды немесе сәтсіз үлгі фотосуреттерді жіберіңіз!