Silicio karbidas (SiC)Medžiaga turi plataus juostos tarpo, didelio šilumos laidumo, didelio kritinio skilimo lauko stiprumo ir didelio sočiųjų elektronų dreifo greičio pranašumus, todėl ji yra labai perspektyvi puslaidininkių gamybos srityje. SiC pavieniai kristalai paprastai gaminami fizinio garų transportavimo (PVT) metodu. Konkretūs šio metodo žingsniai apima SiC miltelių įdėjimą į grafito tiglio dugną ir SiC sėklinio kristalo įdėjimą tiglio viršuje. GrafitastiglisKaitinamas iki SiC sublimacijos temperatūros, todėl SiC milteliai suyra į garų fazės medžiagas, tokias kaip Si garai, Si2C ir SiC2. Veikiamos ašinio temperatūros gradiento, šios išgarintos medžiagos sublimuojasi į tiglio viršų ir kondensuojasi SiC sėklinio kristalo paviršiuje, kristalizuodami į SiC monokristalius.
Šiuo metu naudojamas sėklinio kristalo skersmuoSiC monokristalų augimasturi atitikti tikslinį kristalo skersmenį. Augimo metu sėklų kristalas klijais tvirtinamas ant sėklų laikiklio tiglio viršuje. Tačiau šis sėklų kristalo tvirtinimo būdas gali sukelti problemų, pvz., klijų sluoksnyje atsiradusių tuštumų dėl tokių veiksnių kaip sėklų laikiklio paviršiaus tikslumas ir lipnios dangos vienodumas, dėl kurių gali atsirasti šešiakampių tuštumų defektų. Tai apima grafito plokštės lygumo pagerinimą, lipniojo sluoksnio storio vienodumą ir lankstaus buferinio sluoksnio pridėjimą. Nepaisant šių pastangų, vis dar kyla problemų dėl lipniojo sluoksnio tankio ir kyla sėklų kristalų atsiskyrimo pavojus. Pritaikius surišimo metodąvaflįgrafitiniam popieriui ir perdengiant jį tiglio viršuje, galima pagerinti lipniojo sluoksnio tankį ir užkirsti kelią plokštelės atsiskyrimui.
1. Eksperimentinė schema:
Eksperimente naudotos plokštelės yra parduodamos6 colių N tipo SiC plokštelės. Fotorezistas tepamas naudojant gręžtuvą. Sukibimas pasiekiamas naudojant pačių sukurtą sėklų karšto spaudimo krosnį.
1.1 Sėklų kristalų fiksavimo schema:
Šiuo metu SiC sėklų kristalų sukibimo schemas galima suskirstyti į dvi kategorijas: klijų tipą ir suspensijos tipą.
Klijų tipo schema (1 pav.): Tai apima klijavimąSiC plokštelėprie grafito plokštės su grafitinio popieriaus sluoksniu kaip buferiniu sluoksniu, kad būtų pašalinti tarpai tarpSiC plokštelėir grafito plokštė. Faktinėje gamyboje grafito popieriaus ir grafito plokštės sukibimo stiprumas yra silpnas, todėl augant aukštoje temperatūroje dažnai atsiskiria sėklų kristalai, todėl augimas sutrinka.
Suspensijos tipo schema (2 pav.): Paprastai ant SiC plokštelės jungiamojo paviršiaus sukuriama tanki anglies plėvelė, naudojant klijų karbonizacijos arba dengimo metodus. TheSiC plokštelėpo to užspaudžiamas tarp dviejų grafito plokščių ir dedamas į grafito tiglio viršų, užtikrinant stabilumą, o anglies plėvelė apsaugo plokštelę. Tačiau anglies plėvelės kūrimas padengiant yra brangus ir netinkamas pramoninei gamybai. Naudojant klijų karbonizavimo metodą gaunama nenuosekli anglies plėvelės kokybė, todėl sunku gauti tobulai tankią anglies plėvelę su stipriu sukibimu. Be to, grafito plokštelių suspaudimas sumažina efektyvų plokštelės augimo plotą, nes blokuoja dalį jos paviršiaus.
Remiantis aukščiau pateiktomis dviem schemomis, siūloma nauja klijavimo ir persidengimo schema (3 pav.):
Klijų karbonizacijos metodu ant SiC plokštelės jungiamojo paviršiaus sukuriama santykinai tanki anglies plėvelė, užtikrinanti, kad apšviečiant nebūtų didelio šviesos nutekėjimo.
SiC plokštelė, padengta anglies plėvele, yra sujungta su grafito popieriumi, o klijavimo paviršius yra anglies plėvelės pusė. Lipnus sluoksnis šviesoje turi atrodyti tolygiai juodas.
Grafitinis popierius yra suspaustas grafito plokštelėmis ir pakabinamas virš grafito tiglio kristalų augimui.
1.2 Klijai:
Fotorezisto klampumas labai įtakoja plėvelės storio vienodumą. Esant tokiam pačiam sukimosi greičiui, mažesnis klampumas lemia plonesnę ir vienodesnę lipnią plėvelę. Todėl pagal naudojimo reikalavimus pasirenkamas mažo klampumo fotorezistas.
Eksperimento metu buvo nustatyta, kad karbonizuojančių klijų klampumas turi įtakos anglies plėvelės ir plokštelės sukibimo stiprumui. Dėl didelio klampumo sunku tolygiai užtepti naudojant gręžimo dangą, o dėl mažo klampumo sukibimo stiprumas yra silpnas, todėl dėl klijų srauto ir išorinio slėgio per vėlesnius klijavimo procesus įtrūksta anglies plėvelė. Eksperimentinių tyrimų metu nustatyta, kad karbonizuojančių klijų klampumas yra 100 mPa·s, o klijų klampumas – 25 mPa·s.
1.3 Darbinis vakuumas:
Anglies plėvelės ant SiC plokštelės kūrimo procesas apima lipniojo sluoksnio ant SiC plokštelės paviršiaus karbonizavimą, kuris turi būti atliekamas vakuume arba nuo argono apsaugotoje aplinkoje. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad argonu apsaugota aplinka yra palankesnė anglies plėvelės kūrimui nei didelio vakuumo aplinka. Jei naudojama vakuuminė aplinka, vakuumo lygis turi būti ≤1 Pa.
SiC sėklinio kristalo sujungimo procesas apima SiC plokštelės prijungimą prie grafito plokštės / grafito popieriaus. Atsižvelgiant į erozinį deguonies poveikį grafito medžiagoms esant aukštai temperatūrai, šis procesas turi būti atliekamas vakuumo sąlygomis. Ištirta skirtingų vakuumo lygių įtaka lipniam sluoksniui. Eksperimento rezultatai pateikti 1 lentelėje. Matyti, kad esant žemam vakuumui, deguonies molekulės ore nėra visiškai pašalinamos, todėl susidaro nepilni lipni sluoksniai. Kai vakuumo lygis yra mažesnis nei 10 Pa, deguonies molekulių erozinis poveikis lipniam sluoksniui žymiai sumažėja. Kai vakuumo lygis yra mažesnis nei 1 Pa, erozinis poveikis visiškai pašalinamas.
Paskelbimo laikas: 2024-06-11