SiC Tebal CVD Ketulenan Tinggi: Cerapan Proses untuk Pertumbuhan Bahan

1. KonvensionalCVD SiCProses Pemendapan

Proses CVD standard untuk mendepositkan salutan SiC melibatkan satu siri langkah yang dikawal dengan teliti:

Pemanasan:Relau CVD dipanaskan pada suhu antara 100-160°C.

Pemuatan substrat:Substrat grafit (mandrel) diletakkan pada platform berputar di dalam ruang pemendapan.

Vakum dan Pembersihan:Ruang itu dipindahkan dan dibersihkan dengan gas argon (Ar) dalam pelbagai kitaran.

Kawalan Pemanasan dan Tekanan:Ruang dipanaskan kepada suhu pemendapan di bawah vakum berterusan. Selepas mencapai suhu yang dikehendaki, masa penahanan dikekalkan sebelum memasukkan gas Ar untuk mencapai tekanan 40-60 kPa. Bilik itu kemudian dipindahkan semula.

Pengenalan Gas Prekursor:Campuran hidrogen (H2), argon (Ar), dan gas hidrokarbon (alkana) dimasukkan ke dalam ruang prapemanasan, bersama-sama dengan prekursor klorosilan (biasanya silikon tetraklorida, SiCl4). Campuran gas yang terhasil kemudiannya dimasukkan ke dalam ruang tindak balas.

Pemendapan dan Penyejukan:Setelah selesai pemendapan, aliran H2, klorosilan, dan alkana dihentikan. Aliran argon dikekalkan untuk membersihkan ruang semasa menyejukkan. Akhirnya, ruang dibawa ke tekanan atmosfera, dibuka, dan substrat grafit bersalut SiC dikeluarkan.

2. Aplikasi TebalCVD SiCLapisan

Lapisan SiC berketumpatan tinggi melebihi ketebalan 1mm menemui aplikasi kritikal dalam:

Pembuatan Semikonduktor:Sebagai cincin fokus (FR) dalam sistem goresan kering untuk fabrikasi litar bersepadu.

Optik dan Aeroangkasa:Lapisan SiC ketelusan tinggi digunakan dalam cermin optik dan tingkap kapal angkasa.

Aplikasi ini menuntut bahan berprestasi tinggi, menjadikan SiC tebal sebagai produk bernilai tinggi dengan potensi ekonomi yang ketara.

3. Ciri Sasaran untuk Gred SemikonduktorCVD SiC

CVD SiCuntuk aplikasi semikonduktor, terutamanya untuk cincin fokus, memerlukan sifat bahan yang ketat:

Ketulenan Tinggi:Polihabluran SiC dengan tahap ketulenan 99.9999% (6N).

Ketumpatan Tinggi:Struktur mikro yang padat dan bebas liang adalah penting.

Kekonduksian Terma Tinggi:Nilai teori menghampiri 490 W/m·K, dengan nilai praktikal antara 200-400 W/m·K.

Kerintangan Elektrik Terkawal:Nilai antara 0.01-500 Ω.cm adalah wajar.

Rintangan Plasma dan Kelalaian Kimia:Kritikal untuk menahan persekitaran goresan yang agresif.

Kekerasan Tinggi:Kekerasan semula jadi SiC (~3000 kg/mm2) memerlukan teknik pemesinan khusus.

Struktur Polihablur Kubik:3C-SiC (β-SiC) berorientasikan keutamaan dengan orientasi kristalografi dominan (111) dikehendaki.

4. Proses CVD untuk Filem Tebal 3C-SiC

Kaedah pilihan untuk mendepositkan filem 3C-SiC tebal untuk cincin fokus ialah CVD, menggunakan parameter berikut:

Pemilihan Prekursor:Methyltriklorosilane (MTS) biasanya digunakan, menawarkan nisbah molar 1:1 Si/C untuk pemendapan stoikiometrik. Walau bagaimanapun, sesetengah pengeluar mengoptimumkan nisbah Si:C (1:1.1 hingga 1:1.4) untuk meningkatkan rintangan plasma, yang berpotensi memberi kesan kepada taburan saiz butiran dan orientasi pilihan.

Gas Pembawa:Hidrogen (H2) bertindak balas dengan spesies yang mengandungi klorin, manakala argon (Ar) bertindak sebagai gas pembawa untuk MTS dan mencairkan campuran gas untuk mengawal kadar pemendapan.

5. Sistem CVD untuk Aplikasi Cincin Fokus

Perwakilan skematik sistem CVD biasa untuk mendepositkan 3C-SiC untuk cincin fokus dibentangkan. Walau bagaimanapun, sistem pengeluaran terperinci selalunya direka khas dan proprietari.

6. Kesimpulan

Penghasilan lapisan SiC tebal ketulenan tinggi melalui CVD ialah proses kompleks yang memerlukan kawalan tepat ke atas pelbagai parameter. Memandangkan permintaan untuk bahan berprestasi tinggi ini terus meningkat, usaha penyelidikan dan pembangunan yang berterusan menumpukan pada mengoptimumkan teknik CVD untuk memenuhi keperluan ketat fabrikasi semikonduktor generasi akan datang dan aplikasi lain yang menuntut.**