Неліктен графит жартылай өткізгіш эпитаксия үшін кремний карбидімен қапталған?

Жартылай өткізгішті эпитаксияда графит сирек таңдалады, себебі ол жоғары температураға төтеп бере алады. Оның нақты құндылығы өңдеуге қабілеттілік, жылу реакциясы, электрлік мінез-құлық және баррельді сезгіштер, құймақ сезгіштері, бір пластиналы ұстағыштар және MOCVD тасымалдаушылары сияқты күрделі реактор компоненттерін құру мүмкіндігінің үйлесімде жатыр. Дегенмен, осы артықшылықтарды қамтамасыз ететін бірдей графит беті эпитаксистік ортаға тікелей және қайталанатын әсер ету үшін әрқашан қолайлы бола бермейді. Сондықтан көптеген маңызды графит құрамдастары тығызмен қорғалғанхимиялық бумен тұндырылған кремний карбиді жабыны, әдетте сипатталған нәрсені жасауSiC қапталған графит.

Инженерлік концепция қарапайым, бірақ маңызды: графит корпусы құрылымдық және жылу платформасын қамтамасыз етеді, ал CVD SiC қабаты процеске қарайтын бетке айналады. Нәтижесінде алынған құрамдас қосымша қорғаныс қабаты бар графит ретінде емес, бір біріктірілген материал жүйесі ретінде қарастырылуы керек.

Неліктен графит эпитаксистік реакторларда маңызды болып қала береді?

Эпитаксистік қабылдағыш вафлиді ұстаудан гөрі әлдеқайда көп жұмыс істейді. Ол пластинаның механикалық орнын белгілейді, жылу алмасуға қатысады және реактордың конструкциясына байланысты айналумен, индукциялық қыздырумен және газ ағынымен әрекеттеседі. Қалта тереңдігіндегі, тегістіктегі, беттік профильдегі немесе термиялық мінез-құлықтағы шағын өзгерістер жергілікті пластинаның ортасын өзгертіп, сайып келгенде эпитаксистік біркелкілікке әсер етуі мүмкін.

Бұл талап ұсақ түйіршікті және изостатикалық графиттің үздіксіз қолданылуын түсіндіреді. Графитті геометрияға дәл өңдеуге болады, оны көптеген тығыз керамикалық материалдардан жасау әлдеқайда қиын немесе қымбатырақ болады. Ол сондай-ақ бірнеше ыстық қабырға және индукциялық жылытылатын реактор тұжырымдамаларымен үйлесімді жылу және электр сипаттамаларын қамтамасыз етеді.

Коммерциялық кремний жәнеSiC эпитаксисі, SGL Carbon жоғары берік изостатикалық графитті жабынмен қапталған сенсорлар үшін негізгі материал ретінде анықтайды және сезгіш материал сапасы эпитаксиалды қабаттың сапасына тікелей әсер ететінін атап өтеді. Тығыз өлшемдік төзімділік, біртекті жабын және тазалық тәуелсіз сипаттамалар емес, байланысты талаптар ретінде қарастырылады.

Қиындық мынада: жылу корпусын құруға жарамды материал технологиялық атмосферамен жанасу үшін оңтайлы бет болуы міндетті емес. Бұл айырмашылық кремний карбидін қолданудың негізгі себебі болып табылады.

Неліктен жалаңаш графит - бұл процеске арналған идеалды бет емес?

A жалаңаш графит компонентіжоғары температура, реактивті прекурсорлық газдар және қайталанатын қыздыру мен салқындату бар ортада жұмыс істейді. Мұндай жағдайларда бет бірте-бірте реактор химиясының бір бөлігіне айналуы мүмкін.

Кремний карбиді эпитаксисінде бұл мәселе әсіресе анық. Хлорид негізіндегі SiC CVD бойынша жарияланған жұмыс өсу кезінде ыстық графиттен қоспалар мен қосымша көмірсутектердің бөлінуіне жол бермеу үшін арнайы SiC қапталған графитті сезгіштерді сипаттайды. Сол жұмыста SiC жабынының ыстық нүктелердегі деградациясы жұмыстың қайталану қабілетіне әсер етуі мүмкін екендігі туралы хабарлайды, бұл сезімталдық бетінің күйі процестің бір бөлігі болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Сондықтан қауіп қарапайым тотығуға қарағанда кеңірек. Тікелей әсер ету химиялық шабуылға, бетінің үдемелі кедір-бұдырлануына, бөлшектердің бөлінуіне, ізді қоспалардың шығуына немесе графит пен технологиялық газ арасында қажетсіз реакцияларға әкелуі мүмкін. Тазалау циклдері басқа кернеу механизмін енгізуі мүмкін, себебі бір компонент тұндыру химиясында да, камераны тазалау химиясында да бірнеше рет аман қалуы керек.

Жартылай өткізгішті өндіру үшін бұл жағымсыз кері байланыс циклін жасайды. Бетінің деградациясы сенсордың күйін өзгертеді; өзгеретін қабылдағыш пластинаның айналасындағы жергілікті химиялық және термиялық шекараны өзгерте алады; және өзгеретін шекара процестің қайталануын азайтуы мүмкін.

Сондықтан графитті жабудың мақсаты бөлікті «коррозияға төзімді» ету ғана емес. Бұл сақтаупроцеске қарсы шекара уақыт өте тұрақты болады.

CVD SiC графит пен процесс арасындағы функционалды интерфейс ретінде

CVD SiC жабыны өңделген графит корпусының үстінде тығыз кремний карбиді бетін жасайды. Коммерциялық SiC жабындары әдетте шамамен 1200°C жоғары температурада химиялық булардың тұндыруымен тұндырылады. SGL Carbon 1200–1300°C типтік тұндыру температурасын хабарлайды және термиялық кернеуді азайту үшін графиттік негіздің термиялық кеңею әрекеті жабынға сәйкес келуі керек екенін ерекше атап өтеді.

Шөгілгеннен кейін SiC қабаты графит пен реактор атмосферасы арасындағы функционалды интерфейс ретінде әрекет етеді. Оның химиялық төзімділігі негізгі көміртегіге тікелей шабуылды азайтады. Оның тығыздығы графиттің технологиялық ортаға тікелей әсерін шектейді. Оның жоғары тазалығы пластинаға жақынырақ басқарылатын бетті қамтамасыз етеді және оның механикалық тұтастығы эрозияға байланысты бөлшектердің пайда болуын азайтуға көмектеседі.

Бұл артықшылықтар жабынның өзгеріссіз қалуына байланысты. Қалыңдығы біркелкілігі нашар, жергілікті саңылаулары, қалдық кернеуі немесе әлсіз адгезиясы бар жабын ақырында жарылып кетуі немесе деламинациялануы мүмкін. Бұл орын алған кезде графит қайтадан ашылады және қорғаныс функциясы жергілікті түрде жоғалады.

Осы себепті тек жабын қалыңдығы маңызды сапа көрсеткіші емес. Неғұрлым пайдалы инженерлік параметрлер комбинациясы болып табыладытазалық, тығыздық, беттің кедір-бұдырлығы, қалыңдықтың біркелкілігі, микроқұрылымы, субстрат үйлесімділігі және интерфейс тұтастығы.

Мерсен өзінің жартылай өткізгішті жабдық нұсқаулығында бірдей материалдық-жүйелік тәсілді ұстанады. Ол эпитаксия және MOCVD үшін SiC қапталған ультра таза графитті сипаттайды және графит пен кремний карбиді арасындағы CTE үйлесімділігін жабынның ұзақ мерзімді тұтастығының шарты ретінде ерекше көрсетеді.

Практикалық тұрғыдан алғанда, идеалды компонент ең қалың SiC қабаты емес. Бұл қайталанатын технологиялық циклдар арқылы тұрақты болып қалу үшін графит дәрежесі, жабынның архитектурасы, өңдеуге төзімділіктері және жұмыс жағдайлары жеткілікті түрде сәйкес келеді.

Суцептордың геометриясы мен тегістігі вафли температурасының біркелкілігіне қалай әсер етеді?

SiC жабынымен қапталған сенсордың мәні құрамдас тек шығын материалы ретінде емес, жылу өрісінің бөлігі ретінде қарастырылғанда айқынырақ болады.

Жеңілдетілген эпитаксистік жүйедегі энергия жолын келесідей көрсетуге болады:

Жылу көзі → SiC-қапталған графит қабылдағыш → Вафельдің термиялық шекарасы → пластинаның температурасы → эпитаксиалды өсу

Әрбір интерфейс маңызды. Егер қабылдағыш бұрмаланса, қалталар өлшемін өзгертсе, шөгінділер біркелкі жиналса немесе жабын жергілікті түрде істен шықса, реактордың номиналды рецепті өзгеріссіз қалса да, пластинаның жағдайлары өзгеруі мүмкін.

Дәл өңдеу мен жабын сапасы тығыз байланысты болғандықтан. SGL Carbon кремний эпитаксистік сезімталдығының қалта профилін, тегістігін, бетінің әрлеуін, тазалығын және біртекті SiC жабынын ерекшелейді, сонымен қатар сезгіш қасиеттерін эпитаксиалды қабат сапасымен байланыстырады.

Ұқсас қатынас MOCVD-де де бар. Вафельді тасымалдаушылар субстраттарды басқарылатын термиялық және прекурсорлық өріс арқылы айналдырады және тасымалдаушының жылулық әрекеті вафли температурасының таралуына ықпал етеді. SGL Carbon жоғары тазалықтағы графит, біртекті SiC жабындары және тығыз өлшемді рұқсаттар LED және GaN-қа қатысты MOCVD қолданбаларында тасымалдаушы өнімділігін бақылау үшін пайдаланылатынын атап өтеді.

Сондықтан тек SiC жабыны «эпитаксиалды өнімділікті жақсартады» деп айту дұрыс емес. Неғұрлым сенімді инженерлік қорытынды - тұрақты, жақсы жобаланған SiC жабыны бар графит компонентітермиялық, химиялық және ластану шекаралық жағдайларықайталанатын эпитаксия үшін қажет.

Бұл айырмашылық техникалық дәлдік үшін де, жеткізушінің біліктілігі үшін де маңызды.

Неліктен талаптар кремний мен SiC эпитаксиясының арасында ерекшеленеді?

Негізгі материал тұжырымдамасы кремний мен SiC эпитаксисі үшін ұқсас, бірақ жұмыс ортасының ауырлығы әртүрлі.

Кремний эпитаксисінде жоғары тазалықпен қапталған сенсорлар өлшемдік дәлдікті, жылу біркелкілігін және таза технологиялық бетін сақтауы керек. Коммерциялық жеткізушілер тегістікке, қалта геометриясына, өңдеуге төзімділікке және жабынның біртектілігіне қатты көңіл бөледі, өйткені сусептор пластинаны жылыту жүйесінің бір бөлігін құрайды.

SiC эпитаксисі әдетте ыстық аймаққа үлкен термиялық және химиялық кернеу береді. Хлорид негізіндегі SiC өсімі, мысалы, жарияланған реакторлық зерттеулерде шамамен 1570°C температурада жұмыс істей алады. Мұндай жағдайларда, локализацияланған ыстық нүктелердегі жабынның деградациясы әсіресе өзекті болады, өйткені сезімталдық бетіндегі өзгерістер бірнеше жұмыс кезінде қайталану мүмкіндігіне әсер етуі мүмкін.

Сондықтан орынды сұрақ SiC жабыны бір процесс үшін екіншісіне қарағанда «жақсы» ма емес. Дұрыс сұрақ - жабынның архитектурасы нақтымен үйлесімді метемпература, газ химиясы, жылулық цикл, тазалау әдісі және құрамдас бөліктердің геометриясы.

Дәл осындай логика TaC сияқты балама жабындарды бағалау кезінде немесе қатты SiC құрамдастарын қарастырғанда қолданылады. Материалды таңдау жалпы материал иерархиясына емес, процесс ортасына сәйкес болуы керек.

Инженерлік құрамдас ретінде SiC-жабылған графитті көрсету

Техникалық мағыналы сипаттама жабыннан емес, реактордан басталады.

Жеткізуші графит пен жабынға қойылатын талаптарды анықтамас бұрын эпитаксия процесін, реактор конфигурациясын, пластинаның өлшемін, құрамдас геометрияны, жұмыс температурасын, технологиялық газдарды және тазалау химиясын түсінуі керек. Содан кейін құрамдас сызба қалта геометриясын, тегістігін, сыни өлшемдерін және бетінің әрлеуін орнатуы керек. Осы талаптарды түсінгеннен кейін ғана жабынның қалыңдығы, біркелкілігі, кедір-бұдырлығы және тексеру критерийлері аяқталуы керек.

Бұл тәсіл RFQ-ны тауар сұранысынан өзгертеді —

«Дәйексөз аSiC қапталған графит сенсоры.”

— нақты процеске негізделген инженерлік сипаттамаға.

Эпитаксия компоненттері үшін мақсат жай ғана жабынның қызмет ету мерзімін ұзарту емес. Мақсат - қолдайтын құрамдас бөлікті сақтаутұрақты пластинаның температурасы, бақыланатын ластану, төмен бөлшектер қаупі, өлшемдік консистенция және қайталанатын өсу шарттарыоның жоспарланған қызмет мерзімі бойы.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Неліктен графит эпитаксияда кремний карбидімен қапталған?

Графит өңдеуге қабілетті және пайдалы жылу сипаттамаларын қамтамасыз етеді, ал CVD SiC химиялық тұрақты, жоғары тазалықтағы технологиялық бетті қамтамасыз етеді. Комбинация күрделі графитті қабылдағыштардың жартылай өткізгіш орталарда жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

2. Неге жалаңаш графитті қолдануға болмайды?

Жалаңаш графит уақыт өте келе реактивті газдармен әрекеттесе алады, қоспаларды шығарады, кедір-бұдыр етеді немесе бөлшектерді түзе алады. Тығыз SiC жабыны графитті процесс атмосферасынан бөледі.

3. SiC жабыны ластануды жояды ма?

Жоқ. Бұл жабын бүлінбеген кезде графитпен байланысты ластану қаупін азайтады, бірақ ластану газдардан, камера беттерінен, шөгінділерден, өңдеуден және реактордың басқа компоненттерінен де болуы мүмкін.

4. SiC жабыны жылу өнімділігіне әсер ете ме?

Иә. Қаптама, графиттік негіз, құрамдас бөліктің геометриясы және бетінің күйі бірге сезгіш пен пластинаның арасындағы жылу шекарасына әсер етеді. Сондықтан жабынды толық құрамдас бөлігі ретінде бағалау керек.

5. RFQ қандай ақпаратты қамтуы керек?

Пайдалы RFQ реактор үлгісін, процесс түрін, пластинаның өлшемін, құрамдас сызбаны, жұмыс температурасын, технологиялық және тазартқыш газдарды, графитке қойылатын талаптарды, жабынның спецификациясын, сыни төзімділіктерді, бетті өңдеуді, тексеру критерийлерін және қажетті мөлшерді қамтуы керек.

Анықтамалар

1. SGL көміртегі. Кремний және SiC эпитаксиясына арналған графиттік қабылдағыштар және компоненттер.

2. SGL көміртегі. SIGRAFINE® SiC жабыны.  

3. Мерсен. Жартылай өткізгішті технологиялық жабдық — кремний карбидімен қапталған ультра таза графит. Pedersen, H. et al. Хлорид негізіндегі CVD көмегімен SiC эпитаксиясының өсуі. Crystal Growth журналы.