Apakah Aplikasi Salutan SiC dan TaC dalam Medan Semikonduktor?

Bagaimanakah Sektor Semikonduktor Ditakrifkan Secara Umum dan Apakah Komponen Utamanya?

Sektor semikonduktor secara amnya merujuk kepada penggunaan sifat bahan semikonduktor untuk menghasilkan litar bersepadu semikonduktor (IC), paparan semikonduktor (panel LCD/OLED), lampu semikonduktor (LED), dan produk tenaga semikonduktor (fotovoltaik) melalui proses pembuatan semikonduktor yang berkaitan. Litar bersepadu menyumbang sehingga 80% daripada sektor ini, jadi, secara ringkasnya, industri semikonduktor sering merujuk secara khusus kepada industri IC.

Pada dasarnya, pembuatan semikonduktor melibatkan penciptaan struktur litar pada "substrat" ​​dan menyambungkan litar ini kepada kuasa luaran dan sistem kawalan untuk mencapai pelbagai fungsi. Substrat, istilah yang digunakan dalam industri, boleh dibuat daripada bahan semikonduktor seperti Si atau SiC, atau bahan bukan semikonduktor seperti nilam atau kaca. Kecuali untuk industri LED dan panel, wafer silikon adalah substrat yang paling biasa digunakan. Epitaxy merujuk kepada proses mengembangkan bahan filem nipis baharu pada substrat, dengan bahan biasa ialah Si, SiC, GaN, GaAs, dll. Epitaxy menyediakan fleksibiliti yang ketara untuk pereka peranti untuk mengoptimumkan prestasi peranti dengan mengawal faktor seperti ketebalan doping, kepekatan, dan profil lapisan epitaxial, bebas daripada substrat. Kawalan ini dicapai melalui doping semasa proses pertumbuhan epitaxial.

Apakah yang Terdiri daripada Proses Front-end dalam Pembuatan Semikonduktor?

Proses bahagian hadapan adalah bahagian paling teknikal yang kompleks dan berintensif modal dalam pembuatan semikonduktor, memerlukan pengulangan prosedur yang sama beberapa kali, oleh itu dipanggil "proses kitaran." Ia terutamanya termasuk pembersihan, pengoksidaan, fotolitografi, etsa, implantasi ion, resapan, penyepuhlindapan, pemendapan filem nipis dan penggilap.

Bagaimanakah Salutan Melindungi Peralatan Pembuatan Semikonduktor?

Peralatan pembuatan semikonduktor beroperasi dalam persekitaran bersuhu tinggi, sangat menghakis dan memerlukan kebersihan yang sangat tinggi. Oleh itu, melindungi komponen dalaman peralatan adalah satu cabaran yang penting. Teknologi salutan meningkatkan dan melindungi bahan asas dengan membentuk lapisan penutup nipis pada permukaannya. Penyesuaian ini membolehkan bahan asas untuk menahan persekitaran pengeluaran yang lebih ekstrem dan kompleks, meningkatkan kestabilan suhu tinggi, rintangan kakisan, rintangan pengoksidaan dan memanjangkan jangka hayatnya.

kenapaSalutan SiCPenting dalam Domain Pengilangan Substrat Silikon?

Dalam relau pertumbuhan kristal silikon, wap silikon suhu tinggi sekitar 1500°C boleh menghakis komponen bahan grafit atau karbon-karbon dengan ketara. Memohon ketulenan tinggiSalutan SiCpada komponen ini boleh menyekat wap silikon dengan berkesan dan memanjangkan hayat perkhidmatan komponen.

Proses pengeluaran wafer silikon semikonduktor adalah kompleks, melibatkan pelbagai langkah, dengan pertumbuhan kristal, pembentukan wafer silikon, dan pertumbuhan epitaxial menjadi peringkat utama. Pertumbuhan kristal adalah proses teras dalam pengeluaran wafer silikon. Semasa fasa penyediaan kristal tunggal, parameter teknikal penting seperti diameter wafer, orientasi kristal, jenis kekonduksian doping, julat kerintangan dan pengedaran, kepekatan karbon dan oksigen, dan kecacatan kekisi ditentukan. Silikon kristal tunggal biasanya disediakan menggunakan sama ada kaedah Czochralski (CZ) atau kaedah Zon Terapung (FZ). Kaedah CZ adalah yang paling biasa digunakan, menyumbang kira-kira 85% daripada kristal tunggal silikon. Wafer silikon 12 inci hanya boleh dihasilkan menggunakan kaedah CZ. Kaedah ini melibatkan meletakkan bahan polysilicon ketulenan tinggi dalam mangkuk kuarza, mencairkannya di bawah perlindungan gas lengai ketulenan tinggi, dan kemudian memasukkan biji silikon tunggal kristal ke dalam cair. Apabila benih ditarik ke atas, kristal itu tumbuh menjadi batang silikon monohablur.

BagaimanaSalutan TaCBerkembang dengan Kaedah PVT?

Ciri-ciri sedia ada SiC (kekurangan fasa cecair Si:C=1:1 pada tekanan atmosfera) menjadikan pertumbuhan kristal tunggal mencabar. Pada masa ini, kaedah arus perdana termasuk Pengangkutan Wap Fizikal (PVT), Pemendapan Wap Kimia Suhu Tinggi (HT-CVD) dan Epitaksi Fasa Cecair (LPE). Antaranya, PVT adalah yang paling banyak diterima pakai kerana keperluan peralatannya yang lebih rendah, proses yang lebih mudah, kebolehkawalan yang kuat, dan aplikasi industri yang mantap.

Kaedah PVT membenarkan kawalan ke atas medan suhu paksi dan jejarian dengan melaraskan keadaan penebat haba di luar mangkuk grafit. Serbuk SiC diletakkan di bahagian bawah pijar grafit yang lebih panas, manakala hablur benih SiC dipasang pada bahagian atas yang lebih sejuk. Jarak antara serbuk dan benih biasanya dikawal hingga beberapa puluh milimeter untuk mengelakkan sentuhan antara kristal SiC yang semakin meningkat dan serbuk. Menggunakan kaedah pemanasan yang berbeza (pemanasan aruhan atau rintangan), serbuk SiC dipanaskan hingga 2200-2500°C, menyebabkan serbuk asal menjadi sublimat dan terurai kepada komponen gas seperti Si, Si2C, dan SiC2. Gas-gas ini diangkut ke hujung kristal benih secara perolakan, di mana SiC mengkristal, mencapai pertumbuhan kristal tunggal. Kadar pertumbuhan biasa ialah 0.2-0.4mm/j, memerlukan 7-14 hari untuk menumbuhkan jongkong kristal 20-30mm.

Kehadiran rangkuman karbon dalam kristal SiC yang ditanam PVT adalah sumber kecacatan yang ketara, menyumbang kepada mikrotiub dan kecacatan polimorfik, yang merendahkan kualiti kristal SiC dan mengehadkan prestasi peranti berasaskan SiC. Secara umumnya, grafisasi serbuk SiC dan bahagian hadapan pertumbuhan yang kaya dengan karbon adalah sumber kemasukan karbon yang diiktiraf: 1) Semasa penguraian serbuk SiC, wap Si terkumpul dalam fasa gas manakala C tertumpu dalam fasa pepejal, yang membawa kepada pengkarbonan serbuk yang teruk. lewat dalam pertumbuhan. Setelah zarah karbon dalam serbuk mengatasi graviti dan meresap ke dalam jongkong SiC, kemasukan karbon terbentuk. 2) Di bawah keadaan yang kaya dengan Si, wap Si yang berlebihan bertindak balas dengan dinding pijar grafit, membentuk lapisan SiC nipis yang mudah terurai menjadi zarah karbon dan komponen yang mengandungi Si.

Dua pendekatan boleh menangani isu-isu ini: 1) Tapis zarah karbon daripada serbuk SiC berkarbonat tinggi lewat dalam pertumbuhan. 2) Elakkan wap Si daripada menghakis dinding pijar grafit. Banyak karbida, seperti TaC, boleh beroperasi secara stabil melebihi 2000°C dan menahan kakisan kimia oleh asid, alkali, NH3, H2, dan wap Si. Dengan peningkatan permintaan kualiti untuk wafer SiC, aplikasi salutan TaC dalam teknologi pertumbuhan kristal SiC sedang diterokai secara industri. Kajian menunjukkan bahawa kristal SiC yang disediakan menggunakan komponen grafit bersalut TaC dalam relau pertumbuhan PVT adalah lebih tulen, dengan ketumpatan kecacatan berkurangan dengan ketara, meningkatkan kualiti kristal dengan ketara.

a) BerliangTaC atau grafit berliang bersalut TaC: Menapis zarah karbon, menghalang resapan ke dalam kristal, dan memastikan aliran udara seragam.

b)bersalut TaCgelang: Asingkan wap Si daripada dinding pijar grafit, menghalang kakisan dinding pijar oleh wap Si.

c)bersalut TaCpanduan aliran: Asingkan wap Si daripada dinding pijar grafit sambil menghalakan aliran udara ke arah hablur benih.

d)bersalut TaCpemegang kristal benih: Asingkan wap Si daripada penutup atas mangkuk pijar untuk mengelakkan kakisan penutup atas oleh wap Si.

BagaimanaSalutan SiC CVDFaedah dalam Pengilangan Substrat GaN?

Pada masa ini, pengeluaran komersil substrat GaN bermula dengan penciptaan lapisan penimbal (atau lapisan topeng) pada substrat nilam. Hydrogen Vapor Phase Epitaxy (HVPE) kemudiannya digunakan untuk mengembangkan filem GaN dengan pantas pada lapisan penimbal ini, diikuti dengan pengasingan dan penggilap untuk mendapatkan substrat GaN yang berdiri bebas. Bagaimanakah HVPE beroperasi dalam reaktor kuarza tekanan atmosfera, memandangkan keperluannya untuk tindak balas kimia suhu rendah dan tinggi?

Dalam zon suhu rendah (800-900°C), HCl gas bertindak balas dengan Ga logam untuk menghasilkan GaCl gas.

Dalam zon suhu tinggi (1000-1100°C), GaCl gas bertindak balas dengan gas NH3 untuk membentuk filem kristal tunggal GaN.

Apakah komponen struktur peralatan HVPE, dan bagaimana ia dilindungi daripada kakisan? Peralatan HVPE boleh sama ada mendatar atau menegak, terdiri daripada komponen seperti bot galium, badan relau, reaktor, sistem konfigurasi gas, dan sistem ekzos. Dulang dan rod grafit, yang bersentuhan dengan NH3, terdedah kepada kakisan dan boleh dilindungi denganSalutan SiCuntuk mengelakkan kerosakan.

Apakah Kepentingan Teknologi CVD berbanding GaN Epitaxy Manufacturing?

Dalam bidang peranti semikonduktor, mengapakah perlu untuk membina lapisan epitaxial pada substrat wafer tertentu? Contoh biasa termasuk LED biru-hijau, yang memerlukan lapisan epitaxial GaN pada substrat nilam. Peralatan MOCVD adalah penting dalam proses pengeluaran epitaksi GaN, dengan pembekal utama ialah AMEC, Aixtron dan Veeco di China.

Mengapa substrat tidak boleh diletakkan terus pada logam atau tapak ringkas semasa pemendapan epitaxial dalam sistem MOCVD? Faktor-faktor seperti arah aliran gas (mendatar, menegak), suhu, tekanan, penetapan substrat, dan pencemaran daripada serpihan mesti dipertimbangkan. Oleh itu, susceptor dengan poket digunakan untuk memegang substrat, dan pemendapan epitaxial dilakukan menggunakan teknologi CVD pada substrat yang diletakkan di dalam poket ini. Thesusceptor ialah asas grafit dengan salutan SiC.

Apakah tindak balas kimia teras dalam epitaksi GaN, dan mengapa kualiti salutan SiC penting? Tindak balas teras ialah NH3 + TMGa → GaN + hasil sampingan (pada kira-kira 1050-1100°C). Walau bagaimanapun, NH3 secara terma terurai pada suhu tinggi, membebaskan hidrogen atom, yang bertindak balas dengan kuat dengan karbon dalam grafit. Oleh kerana NH3/H2 tidak bertindak balas dengan SiC pada 1100°C, pengkapsulan lengkap oleh dan kualiti salutan SiC adalah penting untuk proses tersebut.

Dalam Bidang Pembuatan Epitaxy SiC, Bagaimanakah Salutan Digunakan dalam Jenis Kebuk Reaksi Arus Perdana?

SiC ialah bahan politaip biasa dengan lebih 200 struktur kristal yang berbeza, antaranya 3C-SiC, 4H-SiC, dan 6H-SiC adalah yang paling biasa. 4H-SiC ialah struktur kristal yang kebanyakannya digunakan dalam peranti arus perdana. Faktor penting yang mempengaruhi struktur kristal ialah suhu tindak balas. Suhu di bawah ambang tertentu cenderung menghasilkan bentuk kristal lain. Suhu tindak balas optimum ialah antara 1550 dan 1650°C; suhu di bawah 1550°C lebih berkemungkinan menghasilkan 3C-SiC dan struktur lain. Walau bagaimanapun, 3C-SiC biasanya digunakan dalamsalutan SiC, dan suhu tindak balas sekitar 1600°C menghampiri had 3C-SiC. Walaupun aplikasi semasa salutan TaC dihadkan oleh isu kos, dalam jangka panjang,salutan TaCdijangka secara beransur-ansur menggantikan salutan SiC dalam peralatan epitaxial SiC.

Pada masa ini, terdapat tiga jenis utama sistem CVD untuk epitaksi SiC: dinding panas planet, dinding panas mendatar, dan dinding panas menegak. Sistem CVD dinding panas planet dicirikan oleh keupayaannya untuk mengembangkan berbilang wafer dalam satu kelompok, menghasilkan kecekapan pengeluaran yang tinggi. Sistem CVD dinding panas mendatar biasanya melibatkan sistem pertumbuhan wafer tunggal bersaiz besar yang didorong oleh putaran apungan gas, yang memudahkan spesifikasi intra-wafer yang sangat baik. Sistem CVD dinding panas menegak terutamanya menampilkan putaran berkelajuan tinggi yang dibantu oleh tapak mekanikal luaran. Ia berkesan mengurangkan ketebalan lapisan sempadan dengan mengekalkan tekanan ruang tindak balas yang lebih rendah, sekali gus meningkatkan kadar pertumbuhan epitaxial. Selain itu, reka bentuk ruangnya tidak mempunyai dinding atas yang boleh membawa kepada pemendapan zarah SiC, meminimumkan risiko kejatuhan zarah dan memberikan kelebihan yang wujud dalam kawalan kecacatan.

Untuk Pemprosesan Terma Suhu Tinggi, Apakah AplikasiCVD SiCdalam Peralatan Relau Tiub?

Peralatan relau tiub digunakan secara meluas dalam proses seperti pengoksidaan, resapan, pertumbuhan filem nipis, penyepuhlindapan, dan pengaloian dalam industri semikonduktor. Terdapat dua jenis utama: mendatar dan menegak. Pada masa ini, industri IC terutamanya menggunakan relau tiub menegak. Bergantung pada tekanan proses dan aplikasi, peralatan relau tiub boleh dikategorikan kepada relau tekanan atmosfera dan relau tekanan rendah. Relau tekanan atmosfera digunakan terutamanya untuk doping resapan terma, pengoksidaan filem nipis, dan penyepuhlindapan suhu tinggi, manakala relau tekanan rendah direka untuk pertumbuhan pelbagai jenis filem nipis (seperti LPCVD dan ALD). Struktur pelbagai peralatan relau tiub adalah serupa, dan ia boleh dikonfigurasikan secara fleksibel untuk melaksanakan fungsi resapan, pengoksidaan, penyepuhlindapan, LPCVD dan ALD mengikut keperluan. Tiub SiC tersinter ketulenan tinggi, bot wafer SiC, dan dinding pelapik SiC adalah komponen penting di dalam ruang tindak balas peralatan relau tiub. Bergantung pada keperluan pelanggan, tambahanSalutan SiClapisan boleh digunakan pada permukaan seramik SiC tersinter untuk meningkatkan prestasi.

Dalam Bidang Pembuatan Silikon Butiran Fotovoltaik, MengapakahSalutan SiCMemainkan Peranan Penting?

Polysilicon, berasal daripada silikon gred metalurgi (atau silikon industri), ialah bahan bukan logam yang disucikan melalui siri tindak balas fizikal dan kimia untuk mencapai kandungan silikon melebihi 99.9999% (6N). Dalam bidang fotovoltaik, polisilikon diproses menjadi wafer, sel dan modul, yang akhirnya digunakan dalam sistem penjanaan kuasa fotovoltaik, menjadikan polisilikon komponen huluan penting dalam rantaian industri fotovoltaik. Pada masa ini, terdapat dua laluan teknologi untuk pengeluaran polysilicon: proses Siemens yang diubah suai (silikon seperti rod menghasilkan) dan proses katil terbendalir silane (menghasilkan silikon berbutir). Dalam proses Siemens yang diubah suai, SiHCl3 ketulenan tinggi dikurangkan oleh hidrogen ketulenan tinggi pada teras silikon ketulenan tinggi pada sekitar 1150°C, mengakibatkan pemendapan polislikon pada teras silikon. Proses alas terbendalir silan lazimnya menggunakan SiH4 sebagai gas sumber silikon dan H2 sebagai gas pembawa, dengan penambahan SiCl4 untuk mengurai SiH4 secara terma dalam reaktor katil terbendalir pada 600-800°C untuk menghasilkan polisilikon berbutir. Proses Siemens yang diubah suai kekal sebagai laluan pengeluaran polysilicon arus perdana kerana teknologi pengeluarannya yang agak matang. Walau bagaimanapun, kerana syarikat seperti GCL-Poly dan Tianhong Reike terus memajukan teknologi silikon berbutir, proses katil terbendalir silane mungkin mendapat bahagian pasaran disebabkan kosnya yang lebih rendah dan jejak karbon yang berkurangan.

Kawalan ketulenan produk secara historis menjadi titik lemah dalam proses katil terbendalir, yang merupakan sebab utama mengapa ia tidak mengatasi proses Siemens walaupun kelebihan kosnya yang ketara. Lapisan berfungsi sebagai struktur utama dan bekas tindak balas proses alas terbendalir silane, melindungi cangkang logam reaktor daripada hakisan dan haus oleh gas dan bahan suhu tinggi sambil menebat dan mengekalkan suhu bahan. Oleh kerana keadaan kerja yang keras dan sentuhan langsung dengan silikon berbutir, bahan pelapis mesti mempamerkan ketulenan yang tinggi, rintangan haus, rintangan kakisan dan kekuatan tinggi. Bahan biasa termasuk grafit dengan aSalutan SiC. Walau bagaimanapun, dalam penggunaan sebenar, terdapat kejadian pengelupasan/retak salutan yang membawa kepada kandungan karbon yang berlebihan dalam silikon berbutir, mengakibatkan jangka hayat yang singkat untuk lapisan grafit dan keperluan untuk penggantian biasa, mengklasifikasikannya sebagai bahan habis pakai. Cabaran teknikal yang berkaitan dengan bahan pelapik katil terbendalir bersalut SiC dan kosnya yang tinggi menghalang penggunaan pasaran proses katil terbendalir silane dan mesti ditangani untuk penggunaan yang lebih luas.

Dalam Aplikasi Mana Salutan Grafit Pirolitik Digunakan?

Grafit pirolitik ialah bahan karbon baharu, yang terdiri daripada hidrokarbon ketulenan tinggi yang terdeposit wap kimia pada tekanan relau antara 1800°C dan 2000°C, menghasilkan karbon pirolitik yang sangat berorientasikan kristalografi. Ia mempunyai ketumpatan tinggi (2.20 g/cm³), ketulenan tinggi, dan sifat terma, elektrik, magnet dan mekanikal anisotropik. Ia boleh mengekalkan vakum 10mmHg walaupun pada kira-kira 1800°C, mencari potensi aplikasi yang luas dalam bidang seperti aeroangkasa, semikonduktor, fotovoltaik dan instrumen analisis.

Dalam epitaksi LED merah-kuning dan senario khas tertentu, siling MOCVD tidak memerlukan perlindungan salutan SiC dan sebaliknya menggunakan penyelesaian salutan grafit pirolitik.

Crucible untuk aluminium penyejatan rasuk elektron memerlukan ketumpatan tinggi, rintangan suhu tinggi, rintangan kejutan haba yang baik, kekonduksian haba yang tinggi, pekali pengembangan haba yang rendah, dan rintangan kepada kakisan oleh asid, alkali, garam dan reagen organik. Memandangkan salutan grafit pirolitik berkongsi bahan yang sama dengan mangkuk pijar grafit, ia boleh menahan kitaran suhu tinggi-rendah dengan berkesan, memanjangkan hayat perkhidmatan mangkuk pijar grafit.**