Kodėl CVD SiC dangos yra būtinos MOCVD grafito receptoriams?

LED lustų gamyboje MOCVD epitaksija yra pagrindinis procesas, lemiantis šviesos efektyvumą. Gamybos metu grafito susceptoriai, kuriuose yra safyro arba silicio substratų, veikia pakartotiniais terminiais ciklais, esant artimai 1000 °C temperatūrai korozinėje atmosferoje. Atitinkamai, grafito susceptorių veikimas tiesiogiai veikia epitaksijos efektyvumą, epitaksijos vienodumą ir galutinį gatavų prietaisų išeigą. CVD SiC dangos uždėjimas ant grafito susceptorių tapo pagrindiniu pramonės sprendimu. Šiame straipsnyje trumpai aprašomas šio dizaino loginis pagrindas.

Kas atsitinka naudojant nepadengtus grafito receptorius?

Grafitasyra puiki medžiaga aukštai temperatūrai palaikyti, tačiau ji turi tris būdingus trūkumus, kurie labai pablogėja MOCVD kamerose:

1. Cheminė korozija aukštoje temperatūroje

MOCVD procesai įveda amoniaką, vandenilį ir metalo-organinius pirmtakus. Kai grafitas liečiasi su šiomis dujomis beveik 1000 °C temperatūroje, susidaro angliavandeniliai ir net vandenilio cianidas. Tai sukelia nuolatinę grafito paviršiaus koroziją su laipsnišku matmenų nuokrypiu, o šalutiniai reakcijos produktai užteršia epitaksinį sluoksnį.

2. Priemaišų pašalinimas iš porėtos struktūros

Kadangi grafitui būdinga poringa struktūra, pakartotinių kaitinimo ciklų metu palaipsniui išsiskiria likusios metalinės priemaišos, adsorbuota drėgmė ir gamybos deguonis. Kiekvienas išleidimas sukelia epitaksinio sluoksnio foninės priemaišų koncentracijos svyravimus, o tai sukurs nepaaiškintus defektų taškus, matomus derlingumo kreivėse.

3. Milteliai ir deformacija terminio ciklo metu

MOCVD susceptoriai kasdien patiria kelis šildymo ir aušinimo ciklus. Pakartotinio terminio šoko metu plikas grafitas patiria mažesnę sukibimo jėgą tarp paviršiaus dalelių, todėl išsilieja milteliai. Anglies dalelės, nukritusios ant epitaksinių plokštelių, sukelia mirtiną užteršimą kietosiomis dalelėmis.

Trumpai tariant, nepadengti grafito susceptoriai veikia kaip nenuspėjamos „priemaišų bombos“, kurios nuolat išskiria teršalus MOCVD kamerose.

Kokius privalumus suteikia CVD SiC danga?

Puslaidininkių gamybos procesams pažengus į nanometrinius ir net atominius mazgus, paviršiaus teršalų pėdsakai, įskaitant kietųjų dalelių teršalus ir metalo jonines priemaišas, pablogins galutinius puslaidininkinius įtaisus arba netgi padarys juos visiškai neveikiančiais. Dėl to epitaksiniuose procesuose naudojamiems grafito receptoriams keliami daug griežtesni veikimo reikalavimai. Remiantis pažangia cheminio nusodinimo garais technologija, tolygiai tanki SiC danga nusodinama ant grafito susceptorių. Ši danga veikia kaip tvirtas apsauginis keraminis šarvas ir turi šiuos pagrindinius pranašumus:

1. Patikima fizinė apsauga

SiC danga visiškai izoliuoja grafito pagrindą nuo proceso atmosferų, neleidžiant amoniakui ir vandeniliui liestis su baziniu grafitu ir slopina cheminį ėsdinimą. Tuo tarpu grafito matricos viduje įstrigusios priemaišos yra sandariai uždarytos po danga ir negali patekti į kamerą.

2. Itin aukšta švara

Grynumo CVD SiC dangos pasiekia ppb grynumo lygį (9N klasė, daugiau nei 99,999995%), o tai gerokai pranoksta daugumą grafito medžiagų. Tai reiškia, kad plokštelės užteršimasCVD SiC padengtas grafito susceptoriuspaviršius sumažinamas iki beveik nereikšmingo lygio.

3. Puikus atsparumas šiluminiam smūgiui

MOCVD susceptoriai linkę patirti žalą dėl greitų temperatūros svyravimų. Koreguojant procesą,CVD SiCdangos gali tvirtai susijungti su grafito pagrindais ir prisitaikyti prie grafito šiluminio plėtimosi koeficiento, efektyviai sumažindamos įtrūkimų riziką, kurią sukelia ekstremalūs temperatūros pokyčiai.

4. Puikus atsparumas oksidacijai

Deguonies turinčioje aplinkoje, žemesnėje nei 1600 °C temperatūroje, ant CVD SiC padengtų grafito susceptorių dangos paviršiaus natūraliai susidaro itin plona apsauginė SiO₂ plėvelė. Ši CVD SiC danga gali užkirsti kelią tolesnei oksidacijai, kad suardytų vidinius grafito susceptorius, o tai yra paskutinė išeitis net ir tokiomis sunkiomis aplinkybėmis, kaip neplanuotas oro įsiurbimas proceso metu.